Mechanika motivácie mozgu: Ako hlad motivuje dosiahnutie cieľa

Zhrnutie: Výskumníci odhaľujú, ako mozgový talamus riadi motiváciu poháňanú hladom. Štúdia prostredníctvom inovatívnych experimentov s potkanmi skúma úlohu dvoch odlišných populácií neurónov v paraventrikulárnom jadre (PVT) a odhaľuje, ako kontrolujú akcie na dosiahnutie cieľa, akým je napríklad hľadanie potravy.

Štúdia ukazuje, že neuróny pozitívne na dopamínový D2 receptor (PVTD2(+)) zvyšujú motiváciu a prieskumné správanie, zatiaľ čo ich náprotivky, PVTD2(-) neuróny, sú spojené s ukončením akcie. Toto zistenie spochybňuje predchádzajúce predstavy o uniformite PVT, čo naznačuje jeho dôležitú úlohu pri premene chuti do jedla na motivovanú akciu, čo môže viesť k novým liečebným postupom pre psychiatrické stavy súvisiace s motiváciou.

Dôležité fakty:

1. Špecifické neurónové úlohy: Neuróny PVTD2(+) zvyšujú aktivitu počas dosahovania cieľa, čo odráža zvýšenú motiváciu, zatiaľ čo neuróny PVTD2(-) sú aktívnejšie počas ukončenia úlohy, čím vyrovnávajú dosiahnutie cieľa.
2. Precenenie súkromných: Na rozdiel od tradičného pohľadu na PVT ako obyčajnú reléovú stanicu táto štúdia zdôrazňuje jej komplexnú úlohu pri spracovaní motivačných signálov a ovplyvňovaní cieľovo orientovaného správania.
3. Potenciálne terapeutické ciele: Pochopenie duálnych funkcií PVT otvára nové cesty na riešenie motivačných deficitov v psychiatrických stavoch a poskytuje nádej na cielené terapie.

Zdroj: University of Alabama v Birminghame

Hlad môže navodiť motivačný stav, ktorý vedie zviera k úspešnému sledovaniu cieľa – hľadania potravy.

Vo veľmi nedávnej štúdii publikovanej v súčasná biológiaVýskumníci z University of Alabama v Birminghame a National Institute of Mental Health, alebo NIMH, vysvetľujú, ako sa dve kľúčové neurónové subpopulácie v časti mozgového talamu, nazývanej paraventrikulárne jadro, podieľajú na dynamickej regulácii sledovania cieľa. Tento výskum poskytuje informácie o mechanizmoch, ktorými mozog sleduje motivačné stavy, aby formoval motorické akcie.

Na účely štúdie museli byť potkany najprv vycvičené v správaní, ako je hľadanie potravy pomocou dlhého priestoru podobného chodbe, ktorý mal na jednom konci spúšťaciu zónu a na druhom konci zónu odmeňovania, ktoré boli od seba vzdialené viac ako 4 stopy.

Potkany sa naučili čakať dve sekundy v spúšťacej zóne, kým pípnutie nespustí ich behaviorálnu úlohu podobnú potrave. Potkan potom môže ísť svojim vlastným tempom do oblasti odmeňovania, aby si dal malý dúšok z Jahodovej príchute Secure. Na ukončenie pokusu museli potkany opustiť oblasť odmeňovania a vrátiť sa do spúšťacej oblasti, pričom čakali na ďalšie pípnutie. Potkany sa rýchlo učili a boli veľmi zaujaté, čo dokazujú absolvovanie veľkého počtu pokusov počas tréningu.

Výskumníci potom použili optickú fotometriu a kalciový senzor GCaMP na nepretržité monitorovanie aktivity dvoch kľúčových neuronálnych subpopulácií paraventrikulárneho jadra alebo PVT, od spúšťacej zóny po zónu odmeňovania počas prístupu odmeny a od zóny odmeny po ukončenie pokusu. Po ochutnaní jedla s jahodovou príchuťou sa vráťte do spúšťacej zóny. Experimenty zahŕňali vloženie optického vlákna do blízkosti PVT v mozgu na meranie uvoľňovania vápnika, čo svedčí o nervovej aktivite.

Dve subpopulácie v paraventrikulárnom jadre sú identifikované prítomnosťou alebo absenciou dopamínového D2 receptora, známeho ako PVT.^D2(+) alebo súkromné^D2(-), resp. Dopamín je neurotransmiter, ktorý umožňuje neurónom vzájomnú komunikáciu.

„Dozvedeli sme sa, že P.V.T.^D2(+) a Pvt.^D2(-) Neuróny kódujú vykonanie a ukončenie cieľovo orientovaných akcií,“ povedala Sophia Beas, PhD, odborná asistentka na oddelení neurobiológie UAB a spoluautorka štúdie. „Navyše aktivita v súkromí^D2(+) Neurónové populácie odrážajú motivačné parametre, ako je sila a sýtosť.

Najmä PVT.^D2(+) Neuróny vykazovali zvýšenú aktivitu počas odmeňovania a zníženú aktivitu počas ukončenia pokusu. Naproti tomu PVT.^D2(-) Neuróny vykazovali pokles aktivity počas odmeňovania a zvýšenie aktivity počas ukončenia pokusu.

„Je to nové, pretože ľudia nevedeli, že v PVT neurónoch existuje rozmanitosť, “ povedal Beas. „Na rozdiel od desaťročí presvedčenia, že PVT je homogénna, zistili sme, že aj keď ide o rovnaký typ buniek (obe uvoľňujú rovnaký neurotransmiter, glutamát), PVT^D2(+) a Pvt.^D2(-) Neuróny majú veľmi odlišné funkcie.

„Okrem toho sú zistenia našej štúdie nanajvýš dôležité, pretože pomáhajú vysvetliť protichodné a mätúce zistenia v literatúre týkajúce sa funkcie PVT.“

Po dlhú dobu sa talamické oblasti ako PVT považovali len za prenosovú stanicu v mozgu. Výskumníci si teraz uvedomujú, hovorí Beas, že namiesto spracovania informácií PVT prekladá potreby odvodené od hypotalamu do motivačných signálov prostredníctvom projekcií axónov – vrátane PVT.^D2(+) a Pvt.^D2(-) Axon – do nucleus accumbens, alebo NAc.

NAc má dôležitú úlohu pri učení a vykonávaní cieľovo orientovaného správania. Axón je dlhý kábel podobný predĺženiu z bunkového tela neurónu, ktorý prenáša signál neurónu do iného neurónu.

Výskumníci ukázali, že tieto zmeny v aktivite neurónov v PVT sa preniesli do NAc meraním nervovej aktivity pozdĺž optického vlákna, kde terminály PVT axónov dosahujú NAc neuróny.

Dynamika aktivity na PVT-NAc termináloch do značnej miery odrážala dynamiku aktivity, ktorú výskumníci pozorovali v PVT neurónoch – konkrétne zvýšenie signálu aktivity neurónov PVT.^D2(+) Zvýšená aktivita neurónov PVT počas prístupu odmeny a^D2(-) Počas ukončenia testu.

„Spoločne naše zistenia silne naznačujú, že vlastnosti súvisiace s motiváciou a kódovanie cieľovo orientovaných úloh zadnej PVT^D2(+) a Pvt.^D2(-) Neuróny sa prenášajú cez ich príslušné terminály v NAc, povedal Beas.

Počas každej relácie zaznamenávania myší výskumníci zaznamenali 8 až 10 vzoriek údajov za sekundu, čo viedlo k veľmi veľkému súboru údajov. Okrem toho tieto typy záznamov podliehajú mnohým potenciálne mätúcim premenným.

Analýza týchto údajov bola teda ďalším novým aspektom tejto štúdie prostredníctvom použitia nového a robustného štatistického rámca založeného na funkčnom lineárnom zmiešanom modelovaní, ktoré zodpovedá za variabilitu záznamov a skúma vzťah medzi zmenami fotometrie. uplatniť. Ako môžu rôzne príbuzné premenné signálu a odmeny fungovať v priebehu času, napríklad ako rýchlo potkany dokončili test alebo úroveň hladu zvieraťa, môžu ovplyvniť signál.

Príklad toho, ako výskumníci korelovali motiváciu s výkonom úlohy Čas testovania bol rozdelený do „rýchlych“ skupín oddelených dvoma až tromi sekundami od spúšťacej oblasti po oblasť odmeňovania a „pomalých“ skupín oddelených od oblasti 9 až 11 sekúnd. oblasť odmeňovania. Musel som to urobiť.

„Naša analýza ukázala, že prístup odmeňovania bol spojený s vyššími rampami vápnikového signálu v PVT^D2(+) „Neuróny počas rýchlejších pokusov v porovnaní s pomalšími pokusmi,“ povedal Byas.

„Okrem toho sme našli koreláciu medzi signálom a parametrami latencie a rýchlosti.“ Dôležité je, že nedochádza k žiadnej zmene v zadnej PVT^D2(+) Neurónová aktivita bola pozorovaná, keď potkany neboli zapojené do úlohy, ako napríklad v prípadoch, keď sa potkany pohybovali okolo krytu, ale aktívne nevykonávali test.

„Celkovo naše zistenia naznačujú, že zadná PVT.^D2(+) Neurónová aktivita sa zvyšuje počas hľadania odmeny a je formovaná motiváciou.

Znížená motivácia je spojená s psychologickými stavmi, ako je zneužívanie návykových látok, prejedanie sa a depresia, neschopnosť cítiť potešenie. Hlbšie pochopenie nervového základu motivovaného správania môže odhaliť špecifické neurónové dráhy zapojené do motivácie a ich interakciu. To môže poskytnúť nové terapeutické ciele na obnovenie zdravých motorických procesov u pacientov.

Spoluautormi s Beasom na štúdii „Disociovateľné kódovanie správania riadeného paralelnými thalamo-striatálnymi projekciami“ sú Isbah Khan, Claire Gao, Gabriel Loevinger, Emma MacDonald, Alison Bashford, Shakira Rodriguez-Gonzalez, Francisco Pereira a Mario Penzo. . NIMH, Bethesda, Maryland. Beas bol post-doktorandom na NIMH predtým, ako sa minulý rok presťahoval do UAB.

Financovanie: bol podporený cenou National Institutes of Health Award K99/R00 MH126429, cenou NARSAD Young Investigator Award od Nadácie pre výskum mozgu a správania a cenou NIMH Intramural Research Program Award 1ZIAMH002950.

O týchto novinkách z výskumu hladu a motivácie

autor: jeffrey henson
Zdroj: University of Alabama v Birminghame
kontakt: Jeffrey Hansen – University of Alabama v Birminghame
obrázok: Obrázok priradený Neuroscience News

Pôvodný výskum: otvorený prístup.
,Oddeliteľné kódovanie správania poháňaného paralelnými talamo-striatálnymi projekciami.Sophia Beas a kol. súčasná biológia

abstraktné

Oddeliteľné kódovanie správania poháňaného paralelnými talamo-striatálnymi projekciami.

Zlatý klinec

• súkromné^D2(+)Cesta -NAc kóduje vykonávanie úloh orientovaných na cieľ
• súkromné^D2(-)-NAC cesta kóduje ukončenie cieľovo orientovaných akcií
• súkromná aktivita^D2(+) Neuróny sú korelované s parametrami motivácie
• súkromné^D2(-) Neurónová aktivita súvisí s motiváciou, ale v menšej miere

Zhrnutie

Úspešné sledovanie cieľov si vyžaduje koordinované vykonávanie a dokončenie úloh, ktoré vedú k pozitívnym výsledkom. Tento proces závisí od motivačných stavov, ktoré sú riadené vnútornými hnacími silami, ako je hlad alebo strach. Mechanizmy, ktorými mozog sleduje motivačné stavy na formovanie motorických akcií, však nie sú úplne pochopené.

Paraventrikulárne jadro talamu (PVT) je stredové jadro talamu, ktoré formuje motivované správanie prostredníctvom projekcií do nucleus accumbens (NAc) a monitoruje vnútorný stav prostredníctvom interoceptívneho vstupu z hypotalamu a mozgového kmeňa.

Nedávne štúdie naznačujú, že PVT možno rozdeliť na dve hlavné neuronálne subpopulácie, a to PVT^D2(+) a Pvt.^D2(-)ktoré sa líšia genetickou identitou, funkčnosťou a fyzickou konektivitou s inými oblasťami mozgu, vrátane NAc.

V tejto štúdii sme na skúmanie použili vláknovú fotometriu in vivo Dynamika týchto dvoch rôznych typov neurónov PVT u potkanov vykonávajúcich behaviorálnu úlohu, ako je hľadanie potravy. Zistili sme, že P.V.T.^D2(+) a Pvt.^D2(-) Neuróny zakódujú vykonávanie a ukončenie cieľovo orientovaných akcií, resp.

Okrem toho činnosť v súkromí^D2(+) Neurónové populácie odrážali motivačné parametre, ako je sila a sýtosť. Podobne Pvt.^D2(-) Niektoré z týchto parametrov odrážali aj neuróny, no v oveľa menšej miere. Dôležité je, že tieto charakteristiky sa do značnej miery zachovali, keď sa selektívne hodnotila aktivita v projekciách PVT na NAc.

Naše výsledky súhrnne zdôrazňujú existenciu dvoch paralelných talamo-striatálnych projekcií, ktoré sa podieľajú na dynamickej regulácii dosahovania cieľa a poskytujú pohľad na mechanizmy, pomocou ktorých mozog sleduje motivačné stavy na formovanie motorických akcií.