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麻省理工学院神经科学家确定负责日常习惯的神经元

发布日期:2018-05-15

我们的日常生活包括数百种常规习惯,包括许多较小的动作,例如拿起牙刷,将牙膏挤在上面,然后将牙刷抬到我们的嘴上。这种将行为归为一个单一程序的过程被称为“分块”。麻省理工学院神经科学家现在发现,大脑中的某些神经元负责标记这些分块行为的开始和结束。

我们的日常生活包括数百种常规习惯。刷牙,开车上班,或者放下菜肴只是我们大脑自动化的一些任务,我们几乎不需要考虑它们。

虽然我们可能会将这些例程看作是一项单一的任务,但它们通常由很多较小的动作组成,例如拿起牙刷,将牙膏挤在上面,然后将刷子抬到我们的嘴上。这种将行为组合成单一程序的过程被称为“组块”,但对大脑如何将这些行为组合在一起的知识知之甚少。

麻省理工学院神经科学家现在发现,大脑中的某些神经元负责标记这些分块行为的开始和结束。这些神经元位于高度参与习惯形成的大脑区域,在学习过程开始时就会发作,在执行过程中保持安静,然后在例行程序结束后再次发射。

麻省理工学院的研究所教授,麦戈文脑研究所的成员,该研究的资深作者Ann Graybiel说,这项任务包围似乎对启动例行程序并在完成后通知大脑很重要。

NunéMartiros是麻省理工学院博士研究生,现为哈佛大学博士后,是该论文的主要作者,该论文出现在2月8日的 em Current Biology em期。最近麻省理工学院毕业生和麦戈文研究所技术助理亚历山德拉伯吉斯也是该论文的作者。

常规激活

Graybiel先前已经证明,在基底神经节中发现的称为纹状体的大脑的一部分在习惯形成中起主要作用。几年前,她和她的小组发现,纹状体中的神经元放电模式随着动物学习新习惯而改变,例如在听到某种音调时在迷宫中向右或向左转。

当动物刚刚开始学习迷宫时,这些神经元在整个任务中不断发射。然而,随着动物在正确转向获得奖励方面变得更好,射击在任务的开始阶段和最后阶段就聚集起来。一旦形成这些模式,就很难打破这种习惯。

然而,这些先前的研究并没有排除对该模式的其他解释,包括它可能与迷宫运行行为所需的运动命令有关的可能性。在这项新研究中,Martiros和Graybiel开始着手确定这种放电模式是否可能与习惯性行为的组块相关联。

研究人员训练大鼠以特定顺序按两个杠杆,例如1-2-2或2-1-2。老鼠必须弄清楚正确的顺序是什么,如果他们这样做了,他们会收到巧克力奶的奖励。他们花了几个星期的时间来学习这项任务,并且随着他们变得更加准确,研究人员在他们以前的习惯研究中看到了在纹状体中发展出相同的开始和结束放电模式。

由于每只老鼠都学到了不同的顺序,因此研究人员可以排除模式对应于执行特定系列动作所需的电机输入的可能性。研究人员说,这提供了强有力的证据,表明开火模式特别对应于学习过程的开始和结束。

“我认为,这或多或少地证明,包围模式的发展有助于打包大脑和动物认为有价值并值得保留在其剧目中的行为。它确实是一个高级信号,有助于释放这种习惯,我们认为最终的信号表明这个例程已经完成,“Graybiel说。

独特模式

研究人员还发现了纹状体中一组抑制性神经元的独特模式。这些神经元中的活动(称为中间神经元)与产生包围模式的兴奋性神经元的活动显示强烈的反向关系。

“中间神经元在大鼠处于学习序列中间时被激活,并可能阻止主要神经元启动另一个例程,直到当前的神经元完成。中间神经元发现这种相反的活动也让我们更进一步了解脑电路如何能够真正产生这种模式的活动,“Martiros说。

Graybiel的实验室正在进一步研究这两组神经元之间的相互作用如何帮助编码纹状体中的习惯行为。

该研究由美国国立卫生研究院/国立精神卫生研究所,海军研究办公室和麦戈文研究所马克格伦伯格奖学金资助。

出版物:NunéMartiros等,“Inverse Active Striatal Projection Neurons and Interneur Selectively Delimit Useful Behavioral Sequences,Current Biology,2018; doi:10.1016 / j.cub.2018.01.031

来源:麻省理工学院新闻办公室Anne Trafton