Nature: 大脑如何控制寻赏行为？

导语

额前皮层（PFC）位于大脑的前方。从进化时间上看，额前皮层属于新形成的结构，但这丝毫不妨碍它成为控制人们行为的 CEO。虽然科学家们早已知晓额前皮层能够控制行为，但对其中的细节却知之甚少。近日，来自北卡罗莱纳大学的科学家们在《 Nature 》上发文，阐述了额前皮层的神经元控制小鼠行为的一些细节。

科学家们在额前皮层检测到两种不同类型的神经元，它们投射到皮层外的不同脑区。研究人员发现，其中一类神经元在小鼠寻求奖励时变得活跃，这是一种积极的信号。而另一种神经元则表现出沉默，好似对寻求奖励的行为泼冷水。

文章的通讯作者、北卡罗莱纳大学神经科学中心的 Stuber 说，“我们都知道，额前皮层在响应不同的外界刺激时，会激活不同类型的神经元，信号进一步投射到大脑的其他区域。但是没有人能够真正把这些不同的信号路线都梳理出来”。Stuber 的发现正是为我们理顺了额前皮层的神经元控制小鼠寻求奖励行为的线索。而他的发现得益于三种精妙新颖的神经科学工具：深脑双光子成像技术、光遗传学技术以及神经元标记技术。

文章的第一作者、北卡罗莱纳大学博士后 James Otis 和 Vijay Namboodiri 重点关注的是背侧额前皮层（dmPFC）区域。“这一脑区（dmPFC）对奖励处理、决定形成以及认知灵活性等行为都至关重要，但是其内部不同的神经元如何各司其职地完成这些行为仍不清楚。”Stuber 说。

Stuber 和他的同事们首先对小鼠进行了巴甫洛夫式的奖励条件训练，然后检测在寻求奖励时，小鼠背侧额前皮层的神经元的活性变化。研究人员在播放特定声音的同时给予小鼠糖水奖励，以此建立特定声音和奖励的联系。反复训练，直至小鼠一听到声音就会不自觉地舔嘴巴。

“这个简单的实验为我们研究行为动机、决定形成等提供了重要的模型。” Stuber 说，“当然，这种联系（特定声音和奖励）是能够被药物成瘾、抑郁以及其他一些精神类疾病所阻断的。”

当研究人员向训练好的小鼠播放特定声音时，他们发现，一部分背侧额前皮层的神经元变得兴奋，而另一部分神经元更加地沉默。研究人员使用了深脑双光子成像技术，能够同时监测上百个脑细胞，即使小鼠还在活动。

之前的研究表明，背侧额前皮层的神经元主要投射到两类脑区——伏核（NAc）和丘脑室旁核（PVT）。这两类核团都对响应奖励的行为重要的调控。Stuber 的惊奇地发现，投射到伏核的神经元都是变兴奋的那一类，而投射到丘脑室旁核的神经元都是变沉默的那一类，尽管背侧额前皮层中的那两类神经元在空间上仅仅相距数百微米。

研究人员进一步利用光遗传学技术人为地激活背侧额前皮层的神经元。他们发现，当激活投射到伏核的神经元时，小鼠寻求奖励的行为增强了，小鼠在听到声音后更频繁地舔嘴巴；相应地，当激活投射到丘脑室旁核的神经元后，小鼠对寻求奖励的行为变得不再那么抗拒。

Stuber 认为，他们的发现证实了，背侧额前皮层的神经元之间存在明确的分工，调控不同的行为。而这种机制也可能被用在大脑中的其他地方。

参考文献：Prefrontal cortex output circuits guide reward seeking through divergent cue encoding

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