奖赏与地点怎样相遇?IPAC的两侧分工
一个地方为什么会与药物经验绑在一起?大鼠研究发现,IPAC外侧与内侧在吗啡相关位置偏好形成时呈现不同活动,两路输入分别联系奖赏和空间记忆线索。
同一个房间,原本只是环境;与特定体验反复相遇后,它却可能变得格外有吸引力。药物相关地点怎样在脑内留下这样的联系?2023年6月23日发表于 Science Advances 的研究,把目光投向前联合后肢间质核IPAC。研究者在雄性大鼠中发现,IPAC外侧与内侧的细胞在吗啡相关条件位置偏好形成时,活动变化方向和出现时间并不相同。来自腹侧被盖区与伏隔核壳部的两路输入,又把这份差别与奖赏相关反应、空间记忆线索联系起来,让“体验和地点如何相遇”有了具体的回路入口。
IPAC外侧的活动较早增强,内侧则在反复配对后降低。VTA的GABA能输入与外侧去抑制有关,伏隔核壳部D1细胞输入与内侧抑制增强有关;两路活动改变都能影响位置偏好的获得。
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同一个小核团,内侧外侧接收不同输入
IPAC位于几个与动机、情绪相关脑区交界附近,内部又分为内侧与外侧。示踪结果显示,VTA输入主要出现在外侧,伏隔核输入更集中于内侧。进一步细胞标记与电反应比较,将前一路联系到VTA的GABA能细胞,后一路联系到伏隔核壳部的D1标记细胞。
两路输入所关联的IPAC细胞以GABA能细胞为主,也包含其他细胞。D1在这里指多巴胺受体标记,并不是说这群伏隔核细胞向IPAC释放多巴胺;相关电流证据支持的是抑制性传递。分清信号来源和作用方向,才能读懂后面看似相反的活动变化。
来源:Liu HM et al. · Science advances · CC BY-NC
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外侧先活跃起来,但单靠激活还不够
在位置偏好逐渐形成的过程中,IPAC外侧GABA能细胞的钙信号较早就出现增加,活动相关标记也增多。抑制这群细胞,会削弱动物对吗啡配对区域的偏好;增强它们的活动,则能在较弱药物关联条件下促进偏好形成。
有一个细节很关键:没有相应药物配对时,仅仅激活这些细胞,并未让动物自动偏爱某个房间。细胞活动参与的是体验与环境结合的过程,而不是凭空给空间贴上吸引人的标签。
位置偏好观察的是动物随后怎样分配在不同区域的停留时间。它把与体验相关的环境吸引力变成可以比较的行为,为追踪关联学习提供了一扇窗口。
来源:Liu HM et al. · Science advances · CC BY-NC
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内侧的响应,需要重复经验才显现
IPAC内侧呈现另一种节奏:最初的配对中钙信号未见相同下降,多次配对后才明显降低。提高内侧细胞活动,会削弱位置偏好获得;降低活动,则在较弱药物关联条件下促进偏好。内外侧因此以不同方向参与同一行为。
环境是否与药物配对,也影响内侧这份变化。没有对应配对的比较未见同样下降,而外侧活动在配对与非配对条件下都能升高,两者之间未见显著差异。这让外侧与即时药物相关反应、内侧与经验关联的联系更为清楚。
来源:Liu HM et al. · Science advances · CC BY-NC
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VTA输入减弱,外侧细胞更容易响应
接收VTA相关输入的外侧细胞,在配对后表现出更强的诱发放电;较晚阶段,触发放电所需电流也降低。与此同时,VTA在外侧的末梢钙信号下降,突触反应的成对脉冲指标发生变化,支持抑制性输入减弱、外侧细胞被去抑制的解释。
增强这路输入会削弱位置偏好获得,降低输入则在较弱关联条件下促进偏好。补充奖赏比较中,这路输入的改变也牵动蔗糖偏好;所测新物体识别和水迷宫指标却未显著改变,提示它与奖赏相关反应的联系。
来源:Liu HM et al. · Science advances · CC BY-NC
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伏隔核输入增强,内侧细胞活动反而降低
反复配对后,伏隔核壳部D1细胞在IPAC内侧的末梢信号升高,而接收相关输入的内侧细胞更难被激发,诱发放电减少。抑制性输入增强与下游细胞活动下降在这里相互呼应;这些变化在较晚阶段显现,早期对应比较未达显著。
降低这路输入削弱位置偏好的获得,增强输入则在较弱药物关联条件下促进获得。补充比较中,蔗糖偏好与新物体识别未显著改变,水迷宫的部分空间指标却随输入变化。两路输入的分工因此得到支持,但空间记忆与所有环境线索记忆仍不能完全等同。
来源:Liu HM et al. · Science advances · CC BY-NC
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体验与地点的联系,由不同成分共同参与
这项研究把位置偏好获得拆成了可以分别追踪的活动与输入变化。奖赏相关反应、空间记忆与具体地点的结合,可能通过IPAC的不同侧面共同参与。结果来自雄性大鼠的条件位置偏好模型,尚未直接检验自我给药、复吸或人类成瘾治疗,也没有证明两路输入在单个细胞上完成全部信息整合。