Nat：驱动学习的多巴胺-乙酰胆碱“潮起潮落”大脑机制 谷

邓文龙

Nature：新研究发现驱动学习的多巴胺-乙酰胆碱“潮起潮落”大脑机制  谷氨酸

小鼠纹状体的内在多巴胺和乙酰胆碱动力学。

谷歌英译：
小鼠纹状体的内在多巴胺和乙酰胆碱动力学
安妮·C·克罗克，玛尔塔·马耳他人,普拉蒂克·米斯特里苗晓蕾,李玉龙&尼古拉斯·X·特里奇
《自然》 （ 2023）
抽象的
食物和金钱等外部奖励是行为的有效调节剂1 , 2。开创性研究表明，这些显着的感觉刺激会短暂中断产生神经调节剂多巴胺 (DA) 和乙酰胆碱 (ACh) 的神经元的强直放电：中脑 DA 神经元 (DAN) 会激发一系列动作电位，从而广泛提高纹状体中的 DA 3，4同时，纹状体胆碱能中间神经元 (CIN) 产生特征性放电暂停5 , 6。这些阶段性反应被认为可以创造独特的、暂时有限的条件，从而激发行动并促进学习7 , 8 , 9 ,10 , 11。然而，在明确奖励的情况下 DA 和 ACh 的动态仍然知之甚少。在这里，我们发现，小鼠背侧纹状体中的细胞外 DA 和 ACh 水平以大约 2 Hz 的频率自发地周期性波动，并且彼此之间保持与奖励引起的相同的时间关系。我们证明这种神经调节协调并不是由纹状体内 DA 和 ACh 之间的直接相互作用产生的。相反，我们提供的证据表明纹状体 DA 的周期性波动是从中脑 DAN 遗传的，而纹状体 ACh 瞬变是由谷氨酸输入驱动的，谷氨酸能输入在局部同步 CIN 的尖峰。总之，我们的研究结果表明，纹状体神经调节动力学是由分布的纹状体外传入神经自主组织的。

多巴胺
乙酰胆碱
神经精神疾病
来源：生物谷原创
2023-08-11 09:57

长期以来，科学家们一直认为，食物或金钱等奖励会促使大脑释放“感觉良好”的激素多巴胺，从而促进学习。众所周知，多巴胺能加强新信息的储存。如今，在一项在啮齿动物身上进行的新研究中，
长期以来，科学家们一直认为，食物或金钱等奖励会促使大脑释放“感觉良好”的激素多巴胺，从而促进学习。众所周知，多巴胺能加强新信息的储存。如今，在一项在啮齿动物身上进行的新研究中，来自美国纽约大学格罗斯曼医学院等研究机构的研究人员描述了在没有直接奖励的情况下学习是如何发生的。相关研究结果于2023年8月9日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Intrinsic dopamine and acetylcholine dynamics in the striatum of mice”。



这些作者探讨了多巴胺与大脑化学物质乙酰胆碱之间的关系，后者也在学习和记忆中发挥作用。过去的研究已表明这两种激素相互竞争，因此一种激素的增强会导致另一种激素的下降。奖励被认为是通过同时引发多巴胺的增加和乙酰胆碱的减少来促进学习的。

这种激素的突然失衡被认为为脑细胞适应新环境和形成记忆打开了一扇机会之窗。这一过程被称为神经可塑性，是学习和伤后恢复的主要特征。然而，问题仍然是，食物和其他外部奖励是否是这种记忆系统的唯一驱动力，或者我们的大脑是否能够在没有外界帮助的情况下创造出有利于学习的相同条件。

为了澄清这个问题，这些作者重点研究了在乙酰胆碱水平较低的同时多巴胺水平较高的时间和情况。他们发现即使在没有奖励的情况下，这种情况也会经常出现。事实上，这两种激素在大脑中不断起伏，多巴胺水平经常升高，而乙酰胆碱水平却很低，这为持续学习创造了条件。

论文第一作者、纽约大学格罗斯曼医学院医学生Anne Krok博士补充说，“我们的发现挑战了目前人们对多巴胺和乙酰胆碱何时以及如何在大脑中共同发挥作用的理解。奖励不是为学习创造独特的条件，而是利用一种已经存在并不断发挥作用的机制。”



rDA1m和ACh3.0表达的特征。图片来自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05995-9。

在这项的研究中，这些作者让数十只小鼠使用一个轮子，它们可以在上面随意奔跑或休息。有时，他们会让这些小鼠喝水。然后，他们记录了它们的大脑活动，并测量了不同时刻多巴胺和乙酰胆碱的释放量。

不出所料，喝水会产生典型的多巴胺和乙酰胆碱释放模式，而这正是奖励所引起的。然而，这些作者还观察到，早在喝水之前，多巴胺和乙酰胆碱就已经遵循“潮起潮落（ebb and flow）”循环，大约每秒两次，在此循环期间，一种激素水平下降，另一种激素水平上升。

Krok指出，无论这些小鼠是在奔跑还是静止不动，这种模式都在持续。她补充说，在人类反省和休息期间也观察到类似的脑电波。

论文通讯作者、纽约大学格罗斯曼医学院神经科学家Nicolas Tritsch博士说，“这些结果可能有助于解释大脑如何在不需要外部激励的情况下自行学习和训练，也许这种脉动回路会触发大脑反思过去的事件并从中学习。”

尽管如此，Tritsch还是提醒说，他们的研究并不是为了判断小鼠大脑在这种“自我驱动”的学习过程中处理信息的方式是否与人类大脑相同。

他说，尽管如此，这项研究的结果也可能为理解与多巴胺水平不正确有关的神经精神疾病（如精神分裂症、注意力缺陷/多动障碍和抑郁症）提供新的思路。

例如，精神分裂症患者经常会出现与现实相悖的妄想。Tritsch说，如果多巴胺-乙酰胆碱回路不断加强大脑中的连接，那么这一机制的问题可能会导致形成过多和不正确的连接，从而使这些患者“了解”并非真实发生的事件。

同样地，缺乏动力也是抑郁症的常见症状，这使得完成起床、刷牙或上班等基本任务变得困难。这些作者说，这种内部驱动系统的紊乱可能是导致这些问题的原因。

因此，Tritsch说，他的研究团队下一步计划研究多巴胺-乙酰胆碱周期在此类精神疾病动物模型中的表现，以及在对记忆巩固非常重要的睡眠过程中的表现。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Anne C. Krok et al. Intrinsic dopamine and acetylcholine dynamics in the striatum of mice. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05995-9.

https://www.nature.com/articles/s41586-023-05995-9

https://news.bioon.com/article/0291e8597202.html

https://www.linkresearcher.com/t ... f-8ca5-3dd241f7a271



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