Cell最新！冷泉港实验室李波团队发现岛叶皮层介导动力的神经机制
自19世纪早期德国神经解剖学家J.C. Reil首次命名岛叶皮层（insular cortex）以来，研究人员发现这一脑区不仅参与处理味觉等感觉信息，也具有调控情感和认知行为的功能。
值得一提的是，早期研究发现岛叶损伤的中风病人出现严重的动力下降、烟瘾减弱甚至消失等症状。其它研究发现岛叶功能的异常还与抑郁症等心理和精神疾病密切相关。这些以前的研究提示岛叶可能参与调控动力(motivation/vigor)相关的行为，然而其具体的神经环路基础仍非常不清楚。
北京时间2021年12月10日凌晨0时，美国冷泉港实验室李波研究组在Cell在线发表题为“A genetically defined insula-brainstem circuit selectively controls motivational vigor”的研究论文，揭示了岛叶皮层神经元介导动力行为的神经基础。
该研究通过结合在体钙信号成像、光遗传学、病毒标记策略、光纤记录以及丰富多样的小鼠定量行为学范式，发现了岛叶皮层深层(layer 5B)神经元到脑干（brainstem）孤束核（nucleus tractus solitarii）的神经环路在调控动力行为中发挥重要作用。
作者训练小鼠学会在听到条件性声音刺激（conditioned stimulus）时进行舔水管来获得相应奖赏。通过调节行为学参数或者小鼠生理状态（小鼠的渴水程度、奖赏的大小或对小鼠进行限盐），作者可进一步操控小鼠获取奖赏动力的强弱。作者使用Fezf2-CreER小鼠特异性地标记了位于岛叶皮层深层的一群神经元，并通过在体钙成像观察了这群神经元的钙活动变化。他们发现很大比例的这群岛叶神经元参与编码动力，而与单纯的舔水管的动作无关。进一步的光遗传抑制实验证实了这群神经元对于小鼠舔水的动力至关重要，而对舔水的动作并无影响。
那么这群岛叶神经元是通过哪条神经环路介导动力呢？作者追踪了这群神经元的下游神经环路，发现其中一个特异的投射脑区是位于脑干的孤束核。孤束核传统上被认为是往大脑传递味觉信息的中继站。令人惊讶的是，通过光遗传操控，作者发现激活岛叶Fezf2神经元到孤束核这一神经环路可显著增强小鼠舔水的动力。如果训练小鼠在滚轮上跑动获得奖赏，光遗传激活这一环路同样能增加小鼠跑动的动力。光遗传抑制这一环路则会分别减弱小鼠舔水或者跑动的动力，而不影响小鼠的运动能力。进一步的实验发现操控这一环路的神经活动并不会影响小鼠的进水量、摄食量，以及对于奖赏的价值编码。
有趣的是，作者还发现岛叶Fezf2神经元到孤束核这一神经环路对动力的调节作用受个体内在状态、外在奖赏刺激的价值大小以及学习经验影响。当小鼠处于温饱状态、奖赏刺激价值小或者小鼠还未学会获得奖赏时，光遗传激活这一环路对动力行为的调控能力很弱。
以前的研究发现伏隔核也参与调控动力，那么Fezf2神经元对动力的调控作用是否是通过影响伏隔核而实现的呢？通过同时进行光遗传激活实验和光纤记录伏隔核的多巴胺信号，作者发现增强岛叶Fezf2神经元到孤束核神经环路的活性可以增加多巴胺在伏隔核的释放。这一增加的效果只在小鼠处于口渴状态时明显，而当小鼠处于温饱状态时并不显著。
图文摘要
这一研究揭示了岛叶参与调控动力的具体的神经环路机制。抑制或激活岛叶到孤束核这一神经环路可以特异减弱或增强个体的动力，而不影响对奖赏的价值编码和摄食进水行为，这些特点与传统的控制动力的神经环路有很大区别。该发现为成瘾、抑郁症等相关精神疾病的治疗提供了一个全新的方向和线索。
美国冷泉港实验室李波教授与博士后邓菡菲为本文的共同通讯作者。博士后邓菡菲和肖雄为文章的共同第一作者。该研究得到了李波教授的长期合作者Z. Josh Huang （黄佐石）教授（Duke University）， 李毓龙教授（北京大学），Kimberly Ritola研究员（HHMI Janelia Research Campus），和Adam Hantman教授（HHMI Janelia Research Campus）的大力帮助。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.11.019
编辑 | 余 荷
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