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光遗传学之父nature破解:为什么有些药物让人更愿冒险

2016/03/27 来源:生物探索
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导读
斯坦福大学光遗传学之父Karl Deisseroth博士的研究小组3月23日在nature在线发表的一篇文章确定了在大鼠特定大脑区域的一小组神经细胞的信号活动或缺乏,能解释在动物中风险偏好行为的大量差异。


斯坦福大学光遗传学之父Karl Deisseroth博士的研究小组3月23日在nature在线发表的一篇文章确定了在大鼠特定大脑区域的一小组神经细胞的信号活动或缺乏,能解释在动物中风险偏好行为的大量差异。

调查结果拓宽了在人类中进行的无创性研究。人类和大鼠具有相似的大脑结构,一个已知的在人中会增加冒险行为药物对大鼠有相同的作用。每个迹象都表明这些发现和人类有关。

该研究可以让人们进一步了解一些精神疾病,并导致更好的药物治疗。它也可以帮助研究人员减轻药物本身带来对风险偏好的影响。比如一个叫普拉克索(pramipexole)的药物,用于帕金森氏症和其他脑部疾病,会导致赌博问题。

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奖励系统的关键神经束

研究人员集中在一个被称为奖励系统的复杂大脑回路,从果蝇到人类美国生物都共享。通过诱导愉悦的感觉和促进预期或实现行为的动力,如饮食和交配,来引导个人的行为确保物质的生产。

奖励系统的核心特征是从一个叫做腹侧被盖区的大脑深层结构到另一个前脑的伏隔核的结果的神经束。神经细胞在这条通道中可以分泌一种称为多巴胺的化学物质,其与伏隔核的某些神经细胞的表面受体结合。多巴胺受体主要分两类:DR1和DR2,大多是在不同的细胞中发现的。

以前的研究表明当伏隔核的活性增加时,人们考虑风险的行为。所以人保把注意力集中在决策决定过程中伏隔核里含有DR2的神经细胞的活动。它们用一个细如发丝的光纤植入大鼠伏隔核,即监控电化学信号(光纤光度法)也精确复制自然发生的信号的时间和幅度(光遗传学技术)。这两个技术都是率先在Karl Deisseroth的实验室运用的。

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用糖水做引诱

实验设计了大鼠通过用鼻子戳一个洞能弹出两个杠杆。拉一根杠杆,总是给出相同大小剂量的糖水。另一个杠杆大部分时间会产生量小得多的糖水,但多次后会有很大的一份。该系统被设置使用两个杠杆最终获得的总回报是相同的。

经过培训,约三分之二的大鼠厌倦风险,始终选择稳定的回报,其余三分之一是风险信号寻求的自由类型。

但偶尔,两种类型的大鼠会检查被忽视的选择。如果一个规避风险的大鼠偶然得到幸运和收获意外之财,它会再次尝试杠杆;如果它收到微薄的回报,很快回到了固定回报的杠杆。像一个人一样,一个冒险的大鼠在一次失败后不会轻易放弃。

3
改变大鼠的风险偏好

光纤的光度分析表明,在允许可以拉杠杆大鼠要约1秒的时间后才会行动,在规避风险的大鼠中伏隔核含DR-2的神经细胞的活动显著升高,但在寻求风险的大鼠中却不是的。通过激光脉冲用光遗传学方法模拟这个信号模式刺激DR-2细胞,导致寻求风险的大鼠变成规避风险的类型。当激光脉冲停止时它们的赌博行为马上停止。刺激已经是厌倦风险的大鼠的相同的细胞基本上不产生行为的变化。

相反,直接向大鼠的伏隔核递送普拉克索(pramipexole,DR-2刺激药物促进人的风险行为)暂时会将风险规避的大鼠转换成风险寻求的,在它们的伏隔核也减小了信号的规模。一个DR-1的刺激性化合物没有这样的作用。

Deisseroth博士说:“看来我们已经找到了一个大脑信号,对于大多数个体来说对应着一个失败的风险选择。这似乎代表了最近不利结果的记忆,表现在刚刚适当的时候,它可以并会改变一个即将到来的决定。”

这个信号是在规避风险的大鼠在获以前试验中得一个令人失望的结果时最高,在风险寻求的大鼠中比较低,除非被光遗传学刺激强迫存在。这个信号可以作为一个指导,了解风险寻求中人和人之间的差异,也可能利用动物实验来预测不同药物对人们风险取向的影响。

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