动机和饮食:自由运动小鼠的脑深部成像

想吃某种零食，从冰箱或商店里拿出来，然后享受吃的乐趣。对我们大多数人来说，这是一种熟悉的仪式。科学家说，我们正在进行欲望和满足的行为，而我们大脑中调节这些行为的部分是外侧下丘脑(LH)。你可以想象，这是研究的一个重要因素，例如，上瘾和饮食失调。问题是，LH似乎是具有不同功能的不同神经元的马赛克，很难专门针对它们。

马赛克的奥秘

所以，虽然大家都知道LH起着至关重要的作用，但它的许多不同神经元的确切功能和机制在很大程度上仍然未知。乔舒亚·詹宁斯，兰德尔·翁和他们的同事存根实验室(北卡罗莱纳大学)的研究人员发现并研究了LH神经元的一个特定亚群，从而解开了这个谜题的一部分。他们通过运用复杂的技术来做到这一点光遗传学以及在条件反射范式和其他行为测试中活动小鼠的微内窥镜成像。他们的研究结果最近发表在《细胞》杂志上。

行为测试

在这项研究中，一些行为测试与技术相结合来刺激、抑制，甚至监测特定脑细胞的活动(见下文)。第一项测试是让动物自由探索一个有两个房间的竞技场，无限制地获取食物。视频跟踪自动监测动物的行踪和运动。这种方法很容易与光遗传学等技术相结合。

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小鼠还进行了实时位置偏好测试，其中两个腔室中的一个与光遗传刺激或抑制配对，以及自我刺激测试，小鼠在戳鼻子时接受光遗传刺激(奖励)。

采用PR3(渐进比3)检验来测量动机、食欲和圆满行为。在戳了一下鼻子之后，老鼠会得到一个液体热量奖励，然后每一个连续的奖励都需要比前一个多戳3次鼻子。在有奖励的情况下(舔舔)或没有舔舔(非舔舔)进行测量。

在细胞水平上解开大脑功能

詹宁斯和Ung关注的特定脑细胞是LH神经元的一个子集，它产生伽马氨基丁酸(伽马氨基丁酸)，这是哺乳动物神经系统中一种重要的抑制性神经递质。研究人员首次探索了这些gaba能LH神经元的功能作用，利用光遗传学选择性地刺激或抑制特定的细胞，结合视频跟踪自动追踪动物的位置和运动。(阅读更多关于光遗传学的信息这篇博客)。

当GABAergic神经元受到刺激时，老鼠在食物区呆的时间更长，吃得也更多。老鼠也花了更多的时间在它们之前学会的与这些神经元刺激有关的区域。光遗传抑制这些神经元导致在食物区域花的时间更少，吃得更少，在与抑制相关的位置花的时间更少。结果表明，这些神经元参与调节食欲和满足行为。

证实了在食欲反应和消费中的重要作用

研究人员使用了额外的方法来进一步细化LH - gaba能神经元的作用。例如，化学反应激活也增强了圆满行为。但是基因消融——实质上去除LH - gaba能神经元——减缓了体重增加，减少了食物摄入，降低了食欲行为和动机，这表明这些神经元对调节食欲反应、消耗和能量平衡很重要。

探测细胞活动的脑深部成像

因此，剩下的问题是确定食欲和满足过程是否由相同的或离散的神经元控制。为此，研究人员使用了活体显微内窥镜成像技术，实质上是将微型显微镜植入老鼠的头骨中。通过这种脑深部钙成像，研究人员能够在小鼠自由运动和执行行为任务时检测到单个LH - gaba能神经元的活动。

每个细胞都有自己的任务

研究人员发现，一些神经元在食物出现时出现峰值，而另一些则表现出活动减弱。当老鼠必须工作以获得奖励时，成百上千的神经元会对食物奖励的完成(奖励传递后的第一次舔)或未强化的鼻子戳(食欲反应)做出活跃的反应。在没有得到鼻子戳的奖励后，非完满的舔会导致神经元活动减少。

微内窥镜成像揭示了LH - gaba能神经元中功能独特的亚群，这些亚群编码了食欲或满足行为的各个方面，但很少同时编码两个方面。在自由进食任务中对食物的存在做出反应的神经元，在PR3任务中也对完成奖励和戳鼻子做出反应。

绘制出马赛克来寻找成瘾和饮食失调的靶点

通过这项研究，詹宁斯、Ung和他们的同事表明，外侧下丘脑有不同的神经元调节食欲或满足行为。这表明，大脑中不同的网络控制着进食的动机和食物的实际消耗量。

在自由活动的动物，特别是在行为测试中，脑深部成像技术已经允许识别甚至绘制单个神经元。这无疑为未来针对这些神经元的研究提供了重要的机会，并最终能有效治疗成瘾和进食障碍。

阅读更多

詹宁斯,J.H.;R.L.);Resendez S.L.;Stamatakis点;泰勒,j。;黄,j .;Veleta k;Kantak,公共广播;Aita m;Shilling-Scrivo k; Ramakrishnan, C.; Deisseroth, K.; Otte, S.; Stuber, G.D. (2015).视觉化下丘脑网络动态的食欲和满足行为．细胞，160, 516 - 527。

一定要查看补充材料，包括令人印象深刻的脑深部成像和老鼠行为的视频。