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研究人员发现多巴胺的许多作用

摘要在大脑中的神经递质中,多巴胺获得了近乎神话般的地位。几十年的研究已经确立了它对几个看似无关的大脑功能的贡献,包括学习、动机和运动,

在大脑中的神经递质中,多巴胺获得了近乎神话般的地位。几十年的研究已经确立了它对几个看似无关的大脑功能的贡献,包括学习、动机和运动,提出了一个单一的神经递质如何发挥如此多不同作用的问题。

解开多巴胺的多种功能一直具有挑战性,部分原因是人类和其他哺乳动物的高级大脑包含不同种类的多巴胺神经元,所有这些神经元都嵌入高度复杂的回路中。在一项新研究中,洛克菲勒的Vanessa Ruta和她的团队通过查看果蝇更简单的大脑来深入研究这个问题,果蝇的神经元及其连接已被详细绘制。

与人类一样,苍蝇的多巴胺神经元提供学习信号,帮助它们将特定气味与特定结果联系起来。例如,了解苹果醋含有糖分有助于塑造动物在下次遇到这种气味时的行为。但 Ruta 的团队发现,相同的多巴胺神经元也与动物的持续行为密切相关。这些多巴胺神经元的活动并不简单地编码运动机制,而是似乎实时反映了果蝇行为背后的动机或目标。换句话说,为动物提供长期课程的相同多巴胺神经元也提供即时强化,鼓励果蝇继续进行有益的行动。

“学习和动机之间似乎存在密切联系,这是多巴胺作用的两个不同方面,”在Nature Neuroscience 上发表研究结果的Ruta 说。

持续学习

气味对苍蝇很重要。一个用于嗅觉学习的大脑中心,称为蘑菇体,负责教它们闻到哪种气味代表美味的糖。在那里,三种类型的神经元聚集在一起:对气味做出反应的 Kenyon 细胞、向大脑其他部分发送信号的输出神经元以及产生多巴胺的神经元。当苍蝇遇到一种气味然后获得糖分奖励时,多巴胺的快速释放会改变蘑菇体神经元之间的连接强度,从根本上帮助苍蝇建立新的关联并改变其未来对这种气味的反应。

但 Ruta 和她的同事注意到,即使在没有奖励的情况下,多巴胺信号也在持续。帮助果蝇学习联想的相同神经元也随着动物的移动而频繁发射。“这就提出了一个问题,这些神经元是代表运动的特定方面,比如动物如何移动它的腿,还是它们与其他东西有关,比如动物的目标?”鲁塔说。

为了找到答案,该团队开发了一个虚拟现实系统,在该系统中,果蝇可以在一个嗅觉环境中导航,在类似跑步机的球上行走,同时通过头顶的显微镜监测它们的大脑活动。一股气流通过一根小管散发出气味。当苍蝇闻到一股诱人的气味时,比如苹果醋,它会重新定向并开始逆风移动,朝着源头移动。

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