Neuron: ACC-BLA环路控制奖赏贬值和抑郁

2023-12-15

前言

骆清铭院士和龚辉教授带领MOST团队发明的显微光学切片断层成像系列技术(MOST/fMOST)作为介观尺度最精准的三维完整器官成像技术,已在神经机制、脑疾病、心脑血管疾病以及药理毒理等科学前沿领域研究中发挥重要作用,并带动了相关标记技术和大数据处理和解析技术的发展。

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奖赏,如食物和水,是人和动物生存的关键驱动力,不仅可以满足基本需求,还会带来愉悦感和指导学习与记忆的形成。然而,奖赏的价值随时间和经验动态变化。重复的奖赏刺激会导致奖赏贬值。奖赏贬值能够帮助个体适时停止对当前奖赏的追求,转而寻找新的奖赏。然而,奖赏贬值的敏感度异常,可能会导致暴饮暴食、肥胖或抑郁症。因此,保持适当的奖赏贬值敏感度对于健康和幸福至关重要。但目前缺乏奖赏贬值的中枢机制及其对人类的健康和精神疾病的研究。

 

 

 

2023年9月20日,北京脑科学与类脑研究所罗敏敏教授团队在Neuron上发表题为“A Corticoamygdalar Pathway Controls Reward Devaluation and Depression Using Dynamic Inhibition Code”的研究,研究通过光纤记录、微型显微镜结合行为学和遗传学操纵发现小鼠前扣带回皮层(ACC)锥体神经元与奖赏贬值相关,并且利用fMOST技术对复杂的ACC锥体神经元的全脑投射进行成像,重构出44个神经元的完整形态,鉴定出投射到VTA、BLA、NAc、MS及OFC的5类ACC神经元亚群,揭示了ACC-BLA环路能够编码并控制奖赏贬值。这一发现为抑郁症和肥胖症等奖赏障碍性疾病的治疗提供了新思路。

 

图1 利用fMOST对单个ACC锥体神经元的全脑投射成像

 

研究结果

研究人员首先通过光纤记录和微型显微镜成像在群体和单细胞水平发现小鼠在受到奖赏(食物或水)时,ACC锥体神经元显著抑制,且抑制程度与奖赏价值呈正相关;而小鼠受到惩罚(苦水或电击)时ACC锥体神经元显著激活。

 

图2. ACC锥体神经元被奖赏抑制,且抑制程度与奖赏价值正相关

 

然后,研究人员通过遗传学消融、抑制和激活ACC锥体神经元,发现消融或抑制神经元,小鼠显著增加奖赏摄入,激活则显著降低奖赏摄入。

研究人员进一步通过光纤记录和微型显微成像发现小鼠ACC神经元在重复摄入同一奖赏后,该奖赏引起的ACC锥体神经元抑制的减弱,表现出奖赏贬值。同时,抑郁模型(CRS)小鼠表现出更快速的减弱,表明抑郁小鼠的奖赏贬值更快。

 

图3. ACC锥体神经元通过逐渐减弱的抑制信号来编码奖赏贬值

 

ACC神经元在全脑的投射十分复杂,研究人员利用fMOST技术重构出单个锥体神经元完整形态,鉴定出分别投射到VTA、BLA、NAc、MS及OFC的5类神经元亚群。利用大量行为学对不同亚型神经元功能研究,发现投射到基底外侧杏仁核(BLA)的前扣带回神经元控制并编码奖赏贬值。激活该类神经元可敏化奖赏贬值、降低奖赏摄入、诱发抑郁样行为;而在抑郁动物中损毁该类神经元则可缓解抑郁样症状。

 

全文总结

在这篇研究中,研究人员利用光纤记录、微型显微成像、病毒和遗传学技术对小鼠中枢中奖赏贬值相关神经机制探索,发现前扣带回皮层ACC锥体神经元与奖赏贬值相关。进一步利用fMOST对ACC锥体神经元全脑投射成像,并评估其功能,发现ACC-BLA环路编码并控制奖赏贬值和抑郁症。这一发现为治疗与奖赏相关疾病,特别是肥胖症和抑郁症的治疗提供了新思路。

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.08.022

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