光遗传学照亮动机通过大脑的途径,研究显示
无论你是一棵苹果树或羚羊,生存依赖于使用你的能量效率。在困难或危险的情况下,关键问题是发挥effort-sending根的营养在干旱或运行在最高速度从一个捕食者值得的能量。
在11月18日在网上发表的一篇论文自然卡尔·戴瑟罗斯,医学博士,教授生物工程和精神病学行为科学斯坦福大学,博士后学者梅丽莎监狱长,博士描述他们孤立神经元携带这些瞬间决定采取行动从更高的大脑脑干。在这一过程中,他们提供了洞察严重的原因脑部疾病如抑郁症。
在生物体和人类一样复杂,神经机制帮助回答这个问题,“我的努力值得吗?”可以失败,导致衰弱精神疾病。重度抑郁症例如,影响生活中有将近20%的人在某种程度上,与表现不佳大脑的部分参与动机。但研究人员难以确切的因果关系。
“这是具有挑战性的,因为我们没有一个基本的理解电路控制这种行为模式的选择。我们不明白大脑是做错了,当这些行为变得不正常,甚至大脑应该是做什么时候工作吧,”戴瑟罗斯说。“这是我们面临的神秘的水平。”
医生把这种放缓的动机抑郁症患者精神运动发育迟缓。According to Deisseroth, who is also a practicing psychiatrist, patients may experience this symptom mentally, finding it hard to envision the positive results of an action, or, he said, they may feel physically heavy, like their limbs just do not want to move.
“这是抑郁症最衰弱的方面之一,和动机采取行动是我们可以在动物模型。令人兴奋的机会对于我们的研究人员,“戴瑟罗斯说,他还持有d·h·陈教授的头衔。
光胁迫
精神病医生,包括戴瑟罗斯认为,采取行动可能会出生在大脑的前额叶皮层的最重要的部分,帮助计划和协调行动。然后拉链通过大脑为一系列的电信号,传递从一个神经元传到另一个神经元在无数的分支路径,直到它到达神经直接实现运动。直到这项研究,然而,目前还不清楚这些通路可能控制愿意迎接挑战,或行动的预期在一个困难的局面是值得的。
隔离这些通路相关的抑郁,戴瑟罗斯的团队需要刺激特定的脑细胞在啮齿动物中,观察他们的行为变化。他们使用光遗传学,技术戴瑟罗斯于2005年在斯坦福大学,已经彻底改变了生物工程和神经科学领域。
绿藻一样古老的秘密。这些单细胞生物产生一种叫做脑细胞的蛋白质,使其对阳光敏感。借贷和工程这种蛋白质的基因,戴瑟罗斯已经能够创建神经元响应光从光纤电缆。他可以打开和关闭神经元通过发送脉冲的光激活大脑的不同区域,然后观察对行为的影响。
工作落后
令人惊讶的是,研究人员发现,仅仅是刺激前额叶皮质的啮齿动物没有激励他们努力任何困难在实验室的挑战。事实证明,动机不是简单刺激大脑的一个区域。而不是一个开关在前额叶皮层,动机,多个交换机工作在音乐会。有些神经元激发动机的活动和抑制它。广泛的刺激大脑的执行部分不会生成一个简单的对行为的影响。
戴瑟罗斯说:“这是更微妙的一步”,“但这是光遗传学非常适合解决。”
optogenetic方法称为投影定位允许科学家们从脑干工作落后,找到确切的途径从前额叶皮层中神经元信号的动机。
研究人员首次引入他们的前额叶皮层的感光蛋白进入细胞。感光性然后像一棵树的树枝传遍所有即将离任的连接,最终使其脑干的方式,使这些地区光敏感。
然后,照亮了新感光区域的脑干控制激励运动,戴瑟罗斯和监狱长观看行为影响前额叶皮层神经元的子群,发送连接脑干被激活。他们不仅可以看到哪些细胞可能参与动机,但动力从一个区域到另一个。
映射的动机
研究人员怀疑,特别是脑干的一部分,中缝背核,可能是至关重要的行为控制的努力。这群细胞是一个生产中心serotonin-a化学信使,其他细胞的解雇行为变化。5 -羟色胺与情绪调节;很多抗抑郁药物,例如,可能通过提高大脑中血清素的浓度。
前额叶皮层之间的通路和中缝背核刺激,啮齿动物面临的挑战在实验室显示立即和动机的大幅增长。
然而,奇怪的是,当啮齿动物在家里放松环境,相同的刺激没有效果。的途径不仅仅是任何行动,或搅拌;更具体地说,它是帮助“生物愿意提出的努力迎接挑战,”戴瑟罗斯说。
研究人员也能够产生相反的effect-reduced努力应对挑战刺激前额叶神经元项目外侧缰,栖息在脑干区域,被认为在抑郁症中扮演一个角色。在这个地区获得信号驱动optogenetically从前额叶皮层,啮齿动物提出了更少的努力。
更大的难题
这些发现是一个更大的谜题的一部分,戴瑟罗斯和他的团队已经拼凑模型利用光遗传学人类行为在动物主题。工作已经帮助临床医生和研究人员更好地理解病人的大脑发生了什么。
连接抑郁症状与脑通路可能有助于药物的发展,但根据戴瑟罗斯,本研究中最重要的部分是它的洞察动机是如何工作的沮丧和健康的人。
他观察到这一观点就可以帮助那些处理精神疾病和寻找一个解释麻烦,深感个人症状。对那些病人,他说,仅仅知道一个生物的现实是他们的经验本身可以是一个激励的力量。
进一步探索
