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中外學(xué)者Nature:多重信息的傳遞者

日期:2012-07-20 08:41:34

多巴胺是大腦中一種負(fù)責(zé)神經(jīng)傳導(dǎo)的物質(zhì),被稱之為“腦部信息的傳遞者”。在最新研究研究中,來(lái)自德國(guó)馬克斯•普朗克神經(jīng)生物學(xué)研究所、中國(guó)科學(xué)院等機(jī)構(gòu)的研究人員發(fā)現(xiàn)相似的多巴胺釋放神經(jīng)細(xì)胞可以在昆蟲(chóng)大腦中發(fā)揮不同作用,表明多巴胺傳遞了多種信息。相關(guān)論文發(fā)布在718日的《自然》雜志上。

 

領(lǐng)導(dǎo)這一研究的是德國(guó)馬克斯•普朗克神經(jīng)生物學(xué)研究所的Hiromu Tanimoto博士,來(lái)自中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所和中科院研究生院的劉暢(Chang Liu,生物通音譯)博士為該篇論文的第一作者。

 

孩子們很快就能學(xué)會(huì)避開(kāi)負(fù)面的狀況,尋求積極狀況。而人類并不是唯一能夠記住積極和消極事件的物種,甚至果蠅的小型大腦也具備此能力。與果蠅大腦蕈形體(mushroom body)連接的多巴胺釋放神經(jīng)細(xì)胞在此處發(fā)揮了作用。在新文章中,研究人員確定了四種不同類型的多巴胺釋放神經(jīng)細(xì)胞,其中三種神經(jīng)細(xì)胞類型在調(diào)控負(fù)面刺激中承擔(dān)了各種功能,第四種能使果蠅形成積極回憶。

 

從最早的孩童時(shí)期,我們就學(xué)會(huì)了避開(kāi)傷害我們的事物,尋求積極的經(jīng)驗(yàn)。厭惡記憶是通過(guò)如玫瑰刺刺痛手指這樣的經(jīng)歷來(lái)生成,我們?cè)诤荛L(zhǎng)的時(shí)間都會(huì)記得。與之相反,新鮮食物的氣味是一種與滿足感相關(guān)的積極體驗(yàn),可生成一種報(bào)償記憶(reward memory)。

 

Hiromu Tanimoto和他的同事們近期定位和鑒別了與果蠅積極和消極記憶形成相關(guān)的最重要的神經(jīng)細(xì)胞類型。他們發(fā)現(xiàn)的四種神經(jīng)細(xì)胞類型均是利用多巴胺來(lái)與其他神經(jīng)細(xì)胞溝通交流。這些細(xì)胞釋放的多巴胺信號(hào)被昆蟲(chóng)大腦中一種突出的結(jié)構(gòu)蕈形體所接收?!罢嬲屓烁械襟@訝的是,相似的多巴胺釋放神經(jīng)元能夠發(fā)揮如此不同的作用,”Tanimoto說(shuō)。

 

研究人員在兩個(gè)獨(dú)立的研究中調(diào)查了單個(gè)神經(jīng)細(xì)胞類型的功能。在學(xué)習(xí)回避策略的過(guò)程中,果蠅被給予一種與負(fù)面刺激足部電擊(a foot shock)相關(guān)的氣味。因此,果蠅得到教訓(xùn),在今后避開(kāi)這種氣味。

 

在接下一輪的實(shí)驗(yàn)中,科學(xué)家們?cè)跉馕冻尸F(xiàn)過(guò)程中用人工激活特定幾組神經(jīng)細(xì)胞取代電擊。他們發(fā)現(xiàn)這些神經(jīng)細(xì)胞的瞬間激活就足以在果蠅大腦中傳遞厭惡刺激信號(hào),導(dǎo)致了厭惡氣味記憶的形成,甚至當(dāng)沒(méi)有真正的厭惡刺激存在時(shí)。

 

科學(xué)家們還證實(shí)三種類型負(fù)責(zé)懲罰記憶的神經(jīng)細(xì)胞執(zhí)行了不同的功能。主要的差別在于誘導(dǎo)記憶的穩(wěn)定性。一種細(xì)胞類型負(fù)責(zé)長(zhǎng)期記憶,其他多巴胺細(xì)胞形成的記憶是短期的?!巴ㄟ^(guò)在果蠅大腦中組合不同的多巴胺細(xì)胞懲罰事件誘導(dǎo)了具有不同穩(wěn)定性的厭惡記憶,”Tanimoto解釋說(shuō)。

 

相同的方法被用來(lái)證明了另一組多巴胺細(xì)胞發(fā)送報(bào)償信號(hào)形成了積極的氣味回憶。當(dāng)這些細(xì)胞被人為激活時(shí),果蠅記住了這種氣味,并試圖了解氣味的來(lái)源甚至在缺乏糖獎(jiǎng)勵(lì)的情況下??茖W(xué)家們證實(shí)特定的多巴胺神經(jīng)元也在這一過(guò)程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

 

信使物質(zhì)多巴胺并不僅僅對(duì)于果蠅和其他昆蟲(chóng)具有重要意義。尤其是,它是為人類以報(bào)償為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)所必需。這些新發(fā)現(xiàn)表明多巴胺的功能多樣性是存在于大腦中的一種高度保守的機(jī)制。

 


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