最近，斯坦福大學(xué)的科學(xué)家們結(jié)合兩種尖端技術(shù)，發(fā)現(xiàn)前額葉皮層中的神經(jīng)元被用來(lái)響應(yīng)獎(jiǎng)勵(lì)或厭惡經(jīng)歷，這可能對(duì)治療精神疾病和成癮具有重要的意義。

前額葉皮層在哺乳動(dòng)物的大腦中扮演了一個(gè)神秘但卻主要的作用。它與情緒調(diào)節(jié)相關(guān)，前額葉皮層中的不同細(xì)胞似乎能響應(yīng)正面和負(fù)面的體驗(yàn)。然而，前額葉皮層是如何支配獎(jiǎng)勵(lì)或厭惡這兩種對(duì)立的體驗(yàn)過(guò)程呢？在很大程度上還是未知的。

5月26日在《Cell》雜志上發(fā)表的一篇新論文中，由光遺傳學(xué)之父、斯坦福大學(xué)Karl Deisseroth教授帶領(lǐng)的研究小組，采用兩項(xiàng)變革性研究技術(shù)，來(lái)展示前額回路如何處理彼此根本不同的正面和負(fù)面體驗(yàn)、它們?nèi)绾伟l(fā)揮作用以及它們?nèi)绾芜B接到大腦的其他部分。

Deisseroth教授說(shuō)：“這些細(xì)胞的構(gòu)造不同。它們以不同的方式開(kāi)始，然后根據(jù)最近的體驗(yàn)而改變它們的性質(zhì)。它們似乎特異性地進(jìn)行連接以傳導(dǎo)積極或消極的體驗(yàn)。”

這對(duì)于我們了解“獎(jiǎng)勵(lì)和厭惡體驗(yàn)如何發(fā)揮功能”有著很深的影響，而且也會(huì)促使開(kāi)發(fā)藥物或其他治療方法，來(lái)治療藥物成癮以及與獎(jiǎng)勵(lì)和厭惡相關(guān)的精神疾病。

完整的夢(mèng)

這項(xiàng)研究首次充分結(jié)合了Deisseroth開(kāi)發(fā)的兩項(xiàng)新型技術(shù)：光遺傳學(xué)和CLARITY。

光遺傳學(xué)是對(duì)活體動(dòng)物中的細(xì)胞進(jìn)行遺傳修改的一項(xiàng)技術(shù)——在這項(xiàng)研究中，是指的神經(jīng)元，這樣可以通過(guò)光打開(kāi)或關(guān)閉它們的功能。CLARITY是一項(xiàng)了不起的化學(xué)工程壯舉，這樣技術(shù)保留了大腦3D結(jié)構(gòu)、神經(jīng)回路及其他生物機(jī)制的完整性，展現(xiàn)了大腦中復(fù)雜的精細(xì)連接和分子結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，人們可以根據(jù)需要通過(guò)光或化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行研究。

Deisseroth說(shuō)：“將光遺傳學(xué)和CLARITY結(jié)合起來(lái)，使我們能夠發(fā)現(xiàn)行為如何來(lái)自于整個(gè)大腦電路的活動(dòng)模式，又不會(huì)忽略單個(gè)神經(jīng)元。”

例如，之前一直不可能確定的是：前額葉皮層中的神經(jīng)元——在不同的體驗(yàn)中是活躍的，是否是生理上不同類型的細(xì)胞，或者它們是否僅僅接受不同的信息。當(dāng)考慮這部分大腦的基本處理以及考慮靶向細(xì)胞類型的可能療法時(shí)，這種區(qū)別是很重要的。

之前的技術(shù)可讓研究人員利用電極竊聽(tīng)一組神經(jīng)元的活性，或影像大腦活動(dòng)。但是當(dāng)研究人員追蹤行為過(guò)程中的細(xì)胞活動(dòng)時(shí)，這些技術(shù)不能反映這些細(xì)胞在受試者大腦內(nèi)是如何連接的。

現(xiàn)在，通過(guò)聯(lián)合使用光遺傳學(xué)和CLARITY，Deisseroth的研究團(tuán)隊(duì)展示了如何同時(shí)研究神經(jīng)元的功能和連接，從而達(dá)到了美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院BRAIN倡議的一個(gè)重要目標(biāo)。Deisseroth說(shuō)：“這是第一次深入研究些細(xì)胞，同時(shí)保留行為過(guò)程中與活動(dòng)的聯(lián)系。這就像去了解計(jì)算機(jī)電路的各種組件，也深入了解它們的獨(dú)特屬性是什么，它們是如何連接在一起的，它們是如何用于電路中。最后，它可以幫助你了解它是如何運(yùn)作的。”

實(shí)現(xiàn)CLARITY

這項(xiàng)研究的第一個(gè)方面涉及CLARITY。該技術(shù)可讓研究人員跟蹤具體的途徑，并“標(biāo)記”受試者（在這種情況下是小鼠）大腦內(nèi)特定的分子結(jié)構(gòu)。研究人員給老鼠積極或消極的刺激。只標(biāo)記在體驗(yàn)中一直強(qiáng)烈活躍的神經(jīng)元——連同它們外向的連接，從而可讓研究人員有效地跟蹤通過(guò)大腦的不同電路。

使用光遺傳學(xué)，研究人員控制了活體動(dòng)物體內(nèi)特定的神經(jīng)元——在積極或消極的體驗(yàn)中它們一直是活躍的。然后，該研究團(tuán)隊(duì)能夠評(píng)估這些特定的神經(jīng)元是如何影響行為結(jié)果的。

研究人員對(duì)這些小鼠進(jìn)行了光遺傳學(xué)修改，這樣那些感光細(xì)胞就只是在正面或負(fù)面體驗(yàn)中保持活躍的細(xì)胞。例如，該研究團(tuán)隊(duì)能夠打開(kāi)只與正面體驗(yàn)相關(guān)的細(xì)胞，以觀察小鼠的行為。實(shí)際上，他們可以欺騙小鼠認(rèn)為它們正在經(jīng)歷一次正面刺激，如巧克力或可卡因，以觀察行為有何改變。

通過(guò)在同樣的實(shí)驗(yàn)中聯(lián)合兩種技術(shù)，Deisseroth的研究團(tuán)隊(duì)不僅能夠確定，正面體驗(yàn)的細(xì)胞的分子簽名不同于那些負(fù)面體驗(yàn)的細(xì)胞——可卡因和巧克力與產(chǎn)生一個(gè)特定分子標(biāo)記（稱為NPAS4）的細(xì)胞有關(guān)，而且積極和消極體驗(yàn)的細(xì)胞能夠以兩種根本不同的方式，被連接到大腦中遙遠(yuǎn)的部位。

Deisseroth說(shuō)，考慮到前額葉皮層和各種精神疾病之間的較強(qiáng)聯(lián)系，這項(xiàng)研究在將來(lái)打開(kāi)了一種可能性：使用不同的治療方法識(shí)別和靶定不同的細(xì)胞類型，包括藥物或外部刺激技術(shù)。

Deisseroth說(shuō)，這項(xiàng)研究結(jié)果和其他變革性研究一樣，是一項(xiàng)了不起的跨學(xué)科研究的結(jié)果。在這項(xiàng)研究中，本文共同作者、斯坦福大學(xué)著名華人生物學(xué)教授駱利群（Liqun Luo）博士的實(shí)驗(yàn)室制備了一種小鼠模型，可用于本研究中幾種不同的體驗(yàn)依賴性標(biāo)記策略；本文共同作者、斯坦福大學(xué)放射學(xué)助理教授Jennifer McNab博士，幫助量化了通過(guò)大腦的細(xì)胞通路。實(shí)驗(yàn)性的工作是由博士后研究人員Li Ye、William Allen以及研究生Kimberly Thompson完成的，他們?nèi)耸钦撐牡墓餐谝蛔髡摺?/span>