美國科學院院士駱利群在神經領域:2篇Cell,1篇Nature,1篇Science

生理需求產生動機驅動,如口渴和飢餓,調節生存所必需的行為。 下丘腦神經元感知這些需求,並且必須協調相關的全腦神經元活動以產生適當的行為

。飢餓動物的神經記錄發現了對食物預測刺激的反應“g”,因此與動物飢餓時相比,對這些刺激的反應大大減少。 這種調節發現於各種腦區,包括hypothal-amus。然而,調節這種感覺調製的機制仍然不清楚。

2019年4月4日,斯坦福大學駱利群與Karl Deisseroth共同通訊在Science 發表題為“Thirst regulates motivated behavior through modulation of brainwide neural population dynamics”的研究論文,該研究開發了一種方法,可以在細胞和毫秒級分辨率下訪問全腦神經元實現動機狀態。研究人員應用這種方法來研究大腦的口渴狀態,包括這種大腦狀態如何影響感覺處理轉化為行為輸出。在這項工作中,研究人員觀察了生存驅動行為的全腦細胞動力學的初步探索,在口渴的小鼠的大腦中觀察到廣泛的感覺和行為相關的神經活動動態,執行簡單的嗅覺Go / No-Go任務。因此,動機狀態指定初始條件,確定全腦動力系統如何將感覺輸入轉換為行為輸出。

另外,2019年3月28日,斯坦福大學駱利群,Schnitzer及Wagner共同通訊在Cell 在線發表題為“Shared Cortex-Cerebellum Dynamics in the Execution and Learning of a Motor Task”的研究論文,該研究通過

使用雙位點雙光子Ca2 +成像在前肢運動任務期間,發現L5和GrC動力學高度相似。 L5細胞和GrCs共享一組任務編碼活動模式,具有相似的響應多樣性,並且表現出與L5細胞之間的局部相關性的高相關性。慢性成像顯示這些動力學在皮質和小腦中共同出現在學習上:隨著行為表現的改善,最初不同的L5細胞和GrCs融合到共享的,低維度,任務編碼的一組神經活動模式上。因此,皮質 - 小腦通信的關鍵功能是在學習過程中出現的共享動態的傳播。總體而言,該研究結果表明,研究皮質和小腦作為一個聯合動力系統,以充分了解每個對行為學習和表現的貢獻是至關重要的(點擊閱讀);

2018年8月23日,斯坦福大學駱利群研究組在Cell 發表題為“Anatomically Defined and Functionally Distinct Dorsal Raphe Serotonin Sub-systems”的研究論文,該論文揭示了皮質下和皮層突出的5-羥色胺神經元在DR內具有不同的細胞 - 體分佈,並差異地共表達囊泡穀氨酸轉運蛋白,同時從解剖學定義和功能不同的背側中縫5-羥色胺子系統(點擊閱讀);

2018年2月17日,斯坦福大學駱利群研究組在Nature

發表題為“Teneurin-3(Ten3) controls topographic circuit assembly in the hippocampus”的研究論文,該論文首次發現Teneurin-3在海馬體中拓撲環路中的新作用,並揭示了Ten3在哺乳動物神經發育過程中的作用機制(點擊閱讀);

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動機驅動是內部狀態,可以解釋為什麼動物適應性地改變其行為以響應相同的外部刺激。生理需求(例如,用於食物和水)被認為產生特定的驅動事件,其參與特定的目標導向行為。 這些驅動是通過感知生理變量的下丘腦神經元群體的活動建立的,並將這些信息傳遞給大腦的其他部分。

這些內部狀態的性質已經爭論了幾十年。 飢餓動物的神經記錄發現了對食物預測刺激的反應“g”,因此與動物飢餓時相比,對這些刺激的反應大大減少。 這種調節發現於各種腦區,包括hypothal-amus。 然而,調節這種感覺調製的機制仍然不清楚。

美國科學院院士駱利群在神經領域:2篇Cell,1篇Nature,1篇Science

駱利群

駱利群等團隊在口渴的背景下研究了這些問題,這是一種對生存至關重要的動機驅動,在快速時間範圍內調整,並通過充分表徵的神經迴路實現。 穹窿下器官(SFO)和血管末端的血管器官(VOLT)中的滲透壓敏感和血管緊張素敏感神經元投射到中位視前核(MnPO),其整合這些生理信號並將該信息傳遞給多個下游細胞核。該循環中的活動是厭惡的,水消耗通過激活局部MnPO神經元來減少SFO和MnPO活性,實現類似於類別“驅動減少”的機制。

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在口渴的動機行為期間全腦神經元記錄

對於該研究,研究人員研究了34個大腦區域~24,000個神經元的動力學,這些動物來自於口渴動機的選擇行為,因為老鼠消耗了水並且變得滿足。有趣的是,研究人員開發了一種方法,可以在細胞和毫秒級分辨率下訪問全腦神經元實現動機狀態。研究人員應用這種方法來研究大腦的口渴狀態,包括這種大腦狀態如何影響感覺處理轉化為行為輸出。

美國科學院院士駱利群在神經領域:2篇Cell,1篇Nature,1篇Science

光遺傳性口渴誘導恢復特定區域的群體活動動態和解碼

在這項工作中,研究人員觀察了生存驅動行為的全腦細胞動力學的初步探索,在口渴的小鼠的大腦中觀察到廣泛的感覺和行為相關的神經活動動態,執行簡單的嗅覺Go / No-Go任務。這些結果與秀麗隱杆線蟲和幼蟲斑馬魚中的行為期間全腦細胞活動的低維度和普遍性相符。因此,動機狀態指定初始條件,確定全腦動力系統如何將感覺輸入轉換為行為輸出。


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