光遗传学和操作性条件反射

不久前，我写了一篇关于光遗传学的文章这篇文章)和斯图伯博士及其在斯图伯实验室的同事的工作(www.stuberlab.org)．行为研究中光遗传学的另一个很好的例子是Kravitz博士和Kreitzer博士的工作Kreitzer实验室．让我来告诉你吧。

研究多巴胺系统

我们都听说过多巴胺，对吧?你大脑里让你快乐的化学物质?事实上，多巴胺参与了大脑中发生的许多过程，甚至是至关重要的。你需要它来控制和协调你的动作(所以产生多巴胺的神经元(脑细胞)的丧失与帕金森氏症相关也就不足为奇了)。它也涉及到思维过程等等。第三个涉及多巴胺的重要过程是情感和动机过程，这也是Kravitz和Kreitzer研究的重点。

这些研究人员调查了纹状体多巴胺系统中两种神经元的功能，特别是两种被多巴胺激活的神经元。第一种类型包含D1多巴胺受体，多巴胺与该神经元的结合导致该神经元的激活，这被认为是积极影响情绪状态。第二种类型含有D2多巴胺受体，由于多巴胺与该神经元的结合是抑制的(使神经元失活)，这种刺激被认为有负面影响。

用光遗传学刺激脑细胞

这些研究人员没有使用多巴胺或多巴胺能激动剂，而是使用光遗传学直接激活D1和D2神经元。简而言之，这意味着通过打开激光，这些脑细胞被激活。他们的研究结果最近发表在《自然神经科学》杂志上。

那么它是如何工作的呢?这将变得有点专业。首先，要改变神经元，使它们能被光激活，这些神经元需要被一种叫做通道视紫红质-2的跨膜蛋白“感染”。正是这种蛋白质对光照产生反应，然后激活神经元。接下来，这些老鼠被植入了光纤电缆。通过这种方式，研究人员能够在任何给定的时刻将光发送到大脑，而老鼠仍然能够在笼子里自由活动。

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通过光遗传学的多巴胺系统的操作性条件反射

然后，研究人员继续测试光遗传刺激是作为奖励(通过D1神经元)还是作为惩罚(通过D2神经元)有效。为此，他们使用了多种行为测试。第一个测试是在一个包含触摸传感器作为操作触发器的操作箱中进行的。每次鼠标接触到传感器时，这个动作都会被EthoVision XT Trial & Hardware Control软件记录下来。接触后，软件发出信号打开激光，产生照明，从而光遗传刺激神经元。

EthoVision XT也被用来记录老鼠的行为。当D1神经元受到刺激时，老鼠是否更频繁地触摸传感器?换句话说，刺激这些受体对老鼠有好处吗?刺激D2神经元实际上是一种惩罚吗?它会减少对传感器的触摸。是的,是的。

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通过多巴胺系统进行偏好

第二个行为测试是地点偏好任务，在此过程中，老鼠被测试在一个有黑色和白色房间的笼子里。其中一个腔室被指定为正确的腔室，导致D1神经元的光遗传刺激。或者，其中一个室被指定为错误的室，导致D2神经元的刺激。用EthoVision XT记录小鼠的位置，再次使用Trial & Hardware Control控制光遗传刺激。与操作性条件反射试验相似，小鼠根据神经元受到的刺激表现出位置偏好。

光基因刺激成功地强化了行为

Kravitz和Kreitzer发现，根据老鼠的行为，光基因激活前脑中的这些特定神经元(通常由多巴胺激活)确实起到了奖励(D1)或惩罚(D2)的作用。

当老鼠执行所需的动作(触摸传感器或进入黑色或白色区域)，然后是“奖励”(D1神经元受到刺激)，这个动作会被老鼠重复。然而，如果他们的行为导致了惩罚(D2神经元受到刺激)，这种行为就会减少。这证实了之前的观点，即含有D1受体的神经元介导奖励，而含有D2受体的神经元介导惩罚。作者还发现，在奖励情景下，这种差异更大，并得出结论，从长期来看，积极的强化似乎比惩罚更有效地改变了行为。第三个重要的结论是，光遗传刺激多巴胺敏感神经元确实有效，可以作为多巴胺或多巴胺能激动剂的精确时间和空间替代方案。

令人信服的原则证明

通过对多巴胺系统的充分研究，这些研究人员能够证明光遗传刺激是一种很好的(甚至更好的)刺激神经元的替代方法，与传统的化学方法相比。

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我要感谢Kravitz博士和他的同事为这篇文章提供的信息。

本博客基于Kravitz等人的工作:

Kravitz前任所长A.V.;方面的清醒;Kreitzer,交流(2012)。直接和间接途径纹状体神经元在强化中的不同作用。自然神经科学，15, 816 - 818。

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