神经元编码稳态驱动喝发现

金立群罗教授的研究人员和斯坦福大学教授卡尔·戴瑟罗斯团体已经确定了一个子集的神经元的平均preopticnucleus下丘脑(MnPO)编码的生存开车去喝酒。

发表在《科学,艾伦等人表明,开车是非常强大,如果他们在满足激活神经元,non-thirsty,老鼠可以推动他们喝。此外,如果他们的沉默同样的神经元在老鼠water-deprived 48小时可以防止他们喝酒。

一个强大的动机驱动程序

当被问及为什么研究人员想调查大脑编码干渴的面积,将艾伦解释说,“口渴的行为是一个极其强大的动力,和一个非常古老的稳态系统,了解甚少。”

事实上,口渴是利用许多实验室作为他们的行为实验的一部分。

将进一步解释说,“我们和许多其他用水不足激励动物执行操作任务,我们想了解基本电路,导致动物学习任意对水的任务奖励。”

渴望被少量的神经元编码

研究人员发现176个神经元的MnPO解渴的生存行为的司机。但是,发现他们的行为不是一个轻松的任务。

的大脑区域MnPO坐在称为板terminalis下丘脑。它曾被卷入水摄入量在哺乳动物中。

Gizowski和Borque描述在他们的角度来看在纸上在同一期刊问题,MnPO坐落在两个原子核之间,subfornical区域和工具论vasculosum板terminalis。这些地区参与推动传感增加血容量和减少口渴的血盐浓度,分别。所以MnPO将成为参与行动行为开喝。

然而,正如艾伦等人在他们的论文中,MnPO也参与调节体温、睡眠、心血管功能,身体盐浓度。它是由不同的细胞群,可以与这些不同的自我平衡的过程。因此,专门挑选的细胞参与信号的渴望已经被证明是不可能的,直到现在。

诱感兴趣的神经元

为了分离细胞参与解渴的行为科学家利用转基因的TRAP2鼠标并实施48小时缺水。细胞激活水剥夺诱导激活的”丛书在他们的核基因。早期基因与增加神经元的兴奋性。

会解释说,“为了得到健壮的诱,我们使用了一个相对较长的水不足,我们知道会导致最大的时期”丛书感应。”

TRAP2鼠标,激活的”丛书导致生产Cre重组酶,一种削减和重组的DNA片段的酶在特定网站。

然而,产生了外贴Cre重组酶的细胞核,细胞的DNA。

在管理它莫西芬的老鼠,Cre重组酶可能进入细胞核并执行其角色,将一个红色标记蛋白的基因整合到细胞的DNA。这意味着细胞激活水限制闪耀着红光,研究人员使其可见。

MnPO口渴神经元表达红色荧光蛋白诱。信贷:艾伦et al。斯坦福大学。

研究分子的身份口渴神经元

通过提取red-labelled口渴神经元从老鼠的大脑研究人员可以执行RNA序列分析,调查哪些基因被转录和压抑,这意味着他们可以确定分子细胞和组织他们的身份在此基础上签名。这种转录地图被称为转录组。

从转录组数据分析,科学家们发现他们有两个集群缺水细胞激活的。进一步分析了人口的兴奋性细胞表达的受体已知被激素激活信号干旱的时期,所以他们关注这些。

操纵thirst-TRAP会细胞的活动影响鼠标的饮酒行为

使用他们的陷阱系统,科学家们可以访问口渴神经元和让他们表达两种特殊通道蛋白,受光的大门。这取决于通道类型他们表示,科学家可以利用光激活细胞或沉默。

他们发现使用光来激活这个小non-thirsty小鼠的细胞诱导动物喝。相反,闪光沉默神经元在口渴的老鼠,阻止动物饮用。

鼠标连接到接插线探索领域,诱导喝的闪烁蓝光。信贷:w·艾伦等。斯坦福大学。

渴望是一个不舒服的强化物

激活和抑制神经元表现出强烈的动机驱动控制喝。作为研究人员在他们的论文中,古典学习和动机的研究表明,推动动物体内平衡的限制,如使它口渴或饥饿,或太热或冷,是厌恶。和动物将执行动机行为来减少这些不舒服的状态。研究者调查如果激活神经元的渴求自己厌恶的老鼠,即做老鼠找到其渴神经元的激活不舒服吗?

他们首先把口渴的老鼠在竞技场压动杠杆导致饮料,他们发现这些老鼠很快就学会了按杠杆和收到一瓶饮料。杠杆压下降随着时间的推移,老鼠灭他们的渴。

为了测试这个快速学习是由于活动口渴的厌恶自然神经元,他们把non-thirsty鼠标在竞技场和闪烁光神经元激活它的渴望。他们发现老鼠很快就学会了压杆停止光闪,建议他们发现神经元的激活是不舒服,厌恶。

识别电路的渴求

集团还使用病毒跟踪技术发现的大脑区域,接收来自MnPO口渴神经元的神经支配,并显示哪些地区项目MnPO口渴神经元。

然后组激活下游终端MnPO干渴的神经元与光,也诱导饮酒行为。

细胞成像在活的有机体内显示他们的活动与水的摄入量

最后,研究人员使用一个纤维测光方法来可视化MnPO口渴神经元活动,以应对水不足。他们想要探索如果他们的活动是沉默的预期回报的饮料,在喝阶段,或酒后行为开始。他们发现神经元的活动迅速减少瓶舔1分钟内喝。沉默之际,得到水,舔空瓶子不会降低神经元活动,表明MnPO神经元活动的渴求与水的摄入量。他们实时观察到神经元的活动减少鼠标熄灭口渴。

未来是有目的的

这组优雅实验首次表明,相对较少的神经元负责信号驱动一个激励行为的厌恶口渴状态生存的重要保障。开车去喝暗示这些神经元依赖口渴的水平,这样更加口渴的动物有更大的MnPO non-thirsty动物相比神经活动。

展望未来将下一步的研究解释说,“我们想了解下游电路,这渴望信号转化为目标导向的行为。“添加”,我们希望使用渴望作为一个简单的模型系统将使我们能够更好地理解更一般的电路控制的动机可能在许多精神疾病特异表达。”

参考:
艾伦,w·E。、DeNardo洛杉矶。陈,m Z。刘,c, D。Loh, k . M。、Fenno l E。,……&罗l . (2017)。Thirst-associated前视神经元编码一个厌恶动机驱动。科学,357 (6356),1149 - 1155。