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负面后果出现后,哪条回路让大鼠继续取用?

Science advances · 2022-12-23

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Science advances · 研究前沿

负面后果出现后,哪条回路让大鼠继续取用?

大鼠研究发现,惩罚抵抗性取用与前岛叶活动增强有关。接收眶额皮层输入的前岛叶细胞群,是调节这种行为的一处具体节点。

原论文Figure 2B惩罚抵抗组单一放大视野局部:aIC绿色c-Fos相关细胞与完整箭头标记

获取奖赏需要付出代价时,有的个体会停下,有的仍继续。2022年12月23日发表于 Science Advances 的大鼠研究,利用可卡因取用与负面后果相联系的行为情境,观察这种差异怎样出现在脑内。研究将前岛叶(aIC)的活动、眶额皮层(OFC)相关输入的增强,以及接收该输入细胞群的功能联系起来。它描绘的是特定条件下难以收手的行为,而不是把最初的药物奖赏与强迫性使用视为同一回事。

关键发现

惩罚抵抗大鼠的aIC及OFC输入相关突触传递更活跃;降低aIC活动或其OFC输入接收群体活动,可减少抵抗性取用,增强相关活动则在受测条件下促进继续取用。

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差别出现在代价加入之后

在最初没有惩罚的阶段,后来两类大鼠的可卡因取用表现相近。当取用伴随负面后果时,约三分之一被归为抵抗组,其余更快减少取用。抵抗组也比自身基线少取用,只是减少程度较小,仍保留较多行为。

两组此前的总摄入、付出更大努力获取药物的表现,以及后来的消退和线索相关复发测试,均未见显著差别;热板痛阈也相近。这些比较把问题聚焦到面对负面后果时的行为调整,而非单纯此前取用更多。

原论文图 1差别出现在代价加入之后
差别出现在代价加入之后
Figure 1:负面后果出现后形成两类行为群体,原先取用表现无显著组间差别,抵抗组仍保留较多取用。
来源:Chen Y et al. · Science advances · CC BY-NC
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前岛叶的活动,与继续取用相伴

抵抗组在aIC出现更多c-Fos活动相关标记,OFC等多个区域也有增加,后岛叶的组间差异则不显著。aIC成为焦点,既因为它的活动变化,也因为它与身体信号、动机和行为调整之间的联系。

钙记录显示,抵抗大鼠在负面后果下继续取用时,aIC响应高于敏感组和无惩罚组。离体记录中,相关aIC细胞收到的自发兴奋性突触电流更频繁、幅度更大。群体动态与细胞输入共同指向更活跃的状态。

原论文图 2前岛叶的活动,与继续取用相伴
前岛叶的活动,与继续取用相伴
Figure 2:抵抗组aIC的活动标记、群体钙响应与自发兴奋性突触电流增加,后岛叶活动标记比较未达显著。
来源:Chen Y et al. · Science advances · CC BY-NC
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降低aIC活动,原先的抵抗行为减少

降低aIC细胞活动后,原先抵抗的大鼠在后续测试中减少取用,并转入对惩罚敏感的行为分类。原本敏感的大鼠则未见显著取用变化。相应运动和热板痛阈比较也没有显著改变。

反过来提高aIC活动,更多大鼠在受测条件下继续取用。两个方向的结果说明,aIC活动能够影响这一行为,而不仅是被动跟随。这里的分类变化发生在相关干预和测试背景中,后续长期状态仍是另一层问题。

原论文图 3降低aIC活动,原先的抵抗行为减少
降低aIC活动,原先的抵抗行为减少
Figure 3:aIC抑制减少原抵抗组取用,增强活动则促进继续取用,伴随行为分类比例改变。
来源:Chen Y et al. · Science advances · CC BY-NC
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兴奋性相关细胞,是其中一处参与者

aIC包含不同类型的细胞。进一步聚焦以兴奋性细胞为主的群体,降低其活动同样使抵抗大鼠的取用减少,敏感大鼠的受测取用没有显著变化。提高该群体活动,则增加了负面后果下继续取用的行为。

这让区域水平的发现进一步落到细胞群,但还没有把全部功能交给一种更细的细胞身份。奖赏信号、对代价的反应和行动选择,都可能通过这个网络相互影响,接下来需要寻找它与哪些上游联系共同变化。

原论文图 4兴奋性相关细胞,是其中一处参与者
兴奋性相关细胞,是其中一处参与者
Figure 4:调节aIC兴奋性相关群体活动,可双向改变受测惩罚情境中的取用表现。
来源:Chen Y et al. · Science advances · CC BY-NC
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眶额皮层输入相关的联系,更强了

OFC与结果价值和行为更新有关,也向aIC发送输入。接收这类输入的aIC细胞,在抵抗组中收到更多兴奋性突触电流,对外加电流也更容易放电。前者反映接收细胞的总体兴奋性输入,后者反映其兴奋性状态。

进一步观察OFC相关输入引出的突触响应,抵抗组配对脉冲比值降低、AMPA与NMDA响应比值升高。它们与突触传递增强相符,把皮层区域之间的联系纳入了这幅行为图景。

原论文图 5眶额皮层输入相关的联系,更强了
眶额皮层输入相关的联系,更强了
Figure 5:接收OFC输入的aIC细胞兴奋性增强,相关输入引出的突触响应比值也有变化。
来源:Chen Y et al. · Science advances · CC BY-NC
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调节接收细胞,改变继续取用的倾向

这些接收OFC输入的aIC细胞,多数带有兴奋性相关标记,抵抗组中与活动标记的重叠也更高。降低这群接收细胞活动,可使原先抵抗的大鼠减少取用,敏感组的取用未见显著改变。

增强接收群体活动时,较后一次测试的取用高于对照,被分为抵抗型的大鼠比例也更高。受到调节的是aIC中的接收细胞群,影响可能同时经过它们的其他输入与输出;结果将功能聚焦到连接相关群体,而非单独一处突触。

原论文图 6调节接收细胞,改变继续取用的倾向
调节接收细胞,改变继续取用的倾向
Figure 6:OFC输入相关aIC接收细胞的活动标记与行为作用;抑制后取用减少,增强后较后测试中的取用及抵抗分类比例增加。
来源:Chen Y et al. · Science advances · CC BY-NC
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继续取用,涉及怎样的价值权衡?

另一条来自扣带皮层区域的相关输入,受测激活未显著增加抵抗性取用。这使不同上游联系的贡献有了差别,但aIC仍与多个区域共同工作。OFC相关联系怎样改变奖赏与负面后果的权衡,是作者提出的解释方向。

当前大鼠结果把神经活动、突触变化和特定行为调整联系起来。它没有直接测量动物的主观价值判断,也不等同于人类成瘾的全部过程。区分最初奖赏、面对代价的继续取用和更长期复发,有助于进一步理解这个网络在不同阶段的作用。

论文信息

Chen Y, Wang G, Zhang W, Han Y, Zhang L, Xu H, Meng S, Lu L, Xue Y, Shi J.
An orbitofrontal cortex-anterior insular cortex circuit gates compulsive cocaine use
Science advances · 2022-12-23
DOI: 10.1126/sciadv.abq5745