中外學者Nature：多重信息的傳遞者

日期：2012-07-20 08:41:34

多巴胺是大腦中一種負責神經(jīng)傳導的物質，被稱之為“腦部信息的傳遞者”。在最新研究研究中，來自德國馬克斯•普朗克神經(jīng)生物學研究所、中國科學院等機構的研究人員發(fā)現(xiàn)相似的多巴胺釋放神經(jīng)細胞可以在昆蟲大腦中發(fā)揮不同作用，表明多巴胺傳遞了多種信息。相關論文發(fā)布在7月18日的《自然》雜志上。

領導這一研究的是德國馬克斯•普朗克神經(jīng)生物學研究所的Hiromu Tanimoto博士，來自中國科學院昆明動物研究所和中科院研究生院的劉暢（Chang Liu，生物通音譯）博士為該篇論文的第一作者。

孩子們很快就能學會避開負面的狀況，尋求積極狀況。而人類并不是唯一能夠記住積極和消極事件的物種，甚至果蠅的小型大腦也具備此能力。與果蠅大腦蕈形體（mushroom body）連接的多巴胺釋放神經(jīng)細胞在此處發(fā)揮了作用。在新文章中，研究人員確定了四種不同類型的多巴胺釋放神經(jīng)細胞，其中三種神經(jīng)細胞類型在調控負面刺激中承擔了各種功能，第四種能使果蠅形成積極回憶。

從最早的孩童時期，我們就學會了避開傷害我們的事物，尋求積極的經(jīng)驗。厭惡記憶是通過如玫瑰刺刺痛手指這樣的經(jīng)歷來生成，我們在很長的時間都會記得。與之相反，新鮮食物的氣味是一種與滿足感相關的積極體驗，可生成一種報償記憶（reward memory）。

Hiromu Tanimoto和他的同事們近期定位和鑒別了與果蠅積極和消極記憶形成相關的最重要的神經(jīng)細胞類型。他們發(fā)現(xiàn)的四種神經(jīng)細胞類型均是利用多巴胺來與其他神經(jīng)細胞溝通交流。這些細胞釋放的多巴胺信號被昆蟲大腦中一種突出的結構蕈形體所接收。“真正讓人感到驚訝的是，相似的多巴胺釋放神經(jīng)元能夠發(fā)揮如此不同的作用，”Tanimoto說。

研究人員在兩個獨立的研究中調查了單個神經(jīng)細胞類型的功能。在學習回避策略的過程中，果蠅被給予一種與負面刺激足部電擊（a foot shock）相關的氣味。因此，果蠅得到教訓，在今后避開這種氣味。

在接下一輪的實驗中，科學家們在氣味呈現(xiàn)過程中用人工激活特定幾組神經(jīng)細胞取代電擊。他們發(fā)現(xiàn)這些神經(jīng)細胞的瞬間激活就足以在果蠅大腦中傳遞厭惡刺激信號，導致了厭惡氣味記憶的形成，甚至當沒有真正的厭惡刺激存在時。

科學家們還證實三種類型負責懲罰記憶的神經(jīng)細胞執(zhí)行了不同的功能。主要的差別在于誘導記憶的穩(wěn)定性。一種細胞類型負責長期記憶，其他多巴胺細胞形成的記憶是短期的。“通過在果蠅大腦中組合不同的多巴胺細胞懲罰事件誘導了具有不同穩(wěn)定性的厭惡記憶，”Tanimoto解釋說。

相同的方法被用來證明了另一組多巴胺細胞發(fā)送報償信號形成了積極的氣味回憶。當這些細胞被人為激活時，果蠅記住了這種氣味，并試圖了解氣味的來源甚至在缺乏糖獎勵的情況下。科學家們證實特定的多巴胺神經(jīng)元也在這一過程中發(fā)揮了關鍵作用。

信使物質多巴胺并不僅僅對于果蠅和其他昆蟲具有重要意義。尤其是，它是為人類以報償為基礎的學習所必需。這些新發(fā)現(xiàn)表明多巴胺的功能多樣性是存在于大腦中的一種高度保守的機制。