《Current Biology》是否爱运动与多巴胺回路有关

在人脑中，运动是由一个叫做纹状体的大脑区域协调的，该区域向大脑中的运动神经元发送指令。这些指令通过两条路径传递，一条启动动作（“走”），另一条抑制动作（“不走”）。

在一项新的研究中，麻省理工学院的研究人员发现了纹状体中出现的另外两条通路，似乎可以调节“走”和“不走”通路的效果。这些新发现的通路与大脑中产生多巴胺的神经元相连——一个刺激多巴胺释放，另一个抑制多巴胺释放。

通过被称为纹状体的神经元簇来控制大脑中多巴胺的数量，这些通路似乎可以修改“走”和“不走”通路给出的指令。研究人员说，他们可能会特别参与影响那些有强烈情感成分的决定。

“在纹状体的所有区域中，只有纹状体能够投射到含有多巴胺的神经元，我们认为这与动机、情绪和控制运动有关，”麻省理工学院教授、麻省理工学院麦戈文大脑研究所成员、这项新研究的资深作者Ann Graybiel说。

麦戈文研究所的研究科学家Iakovos Lazaridis是今天发表在《Current Biology》杂志上的这篇论文的主要作者。

新途径

Graybiel的大部分职业生涯都在研究纹状体，这是一种位于大脑深处的结构，与学习、决策以及运动控制有关。

在纹状体中，神经元排列成迷宫状的结构，其中包括纹状体，这是Graybiel在20世纪70年代发现的。经典的“走”和“不走”通路来自于纹状体周围的神经元，这些纹状体统称为基质。产生这些通路的基质细胞接收来自感觉处理区域（如视觉皮层和听觉皮层）的输入。然后，它们向运动皮层的神经元发送“走”或“不走”的命令。

然而，不属于这些途径的纹状体的功能仍然未知。多年来，Graybiel实验室的研究人员一直试图解开这个谜团。

他们之前的研究表明，纹状体从大脑中处理情感的部分接收大部分信息。在纹状体内，主要有两种类型的神经元，分为D1和D2。在2015年的一项研究中，Graybiel发现其中一种细胞类型D1向黑质发送信息，黑质是大脑主要的多巴胺产生中心。

追踪另一组D2神经元的输出花了更长的时间。在最新的《Current Biology》研究中，研究人员发现，这些神经元最终也会投射到黑质，但首先它们会连接到抑制多巴胺输出的palladus球的一组神经元。这条与黑质间接相连的通路减少了大脑多巴胺的分泌并抑制了运动。

研究人员还证实了他们早期的发现，即D1纹状体产生的通路直接连接到黑质，刺激多巴胺释放并启动运动。

“在纹状体中，我们发现了可能是经典的去/不去途径的模拟物，”Graybiel说。“它们就像经典的运动去/不去通路，但它们不会到达基底神经节的运动输出神经元。相反，它们会进入多巴胺细胞，这对运动和动机非常重要。”

情绪化的决定

研究结果表明，纹状体如何控制运动的经典模型需要修改，以包括这些新发现的途径的作用。研究人员现在希望验证他们的假设，即与动机和情感相关的输入，从皮层和边缘系统进入纹状体，以某种方式影响多巴胺水平，从而鼓励或阻止行动。

多巴胺的释放可能与引起焦虑或压力的行为特别相关。在他们2015年的研究中，Graybiel的实验室发现，纹状体在做出引发高度焦虑的决定方面起着关键作用；特别是那些高风险但也可能有很大回报的项目。

“Ann Graybiel和同事们早些时候发现，纹状体与抑制多巴胺神经元有关。现在，他们出人意料地发现，另一种类型的纹状体神经元发挥相反的作用，可以发出奖励信号。因此，纹状体可以上调或下调多巴胺的活性，这是一个非常重要的发现。显然，多巴胺活动的调节在我们的日常生活中对于运动和情绪都是至关重要的，而纹状体在其中起着重要作用，”没有参与这项研究的瑞典卡罗林斯卡学院（Karolinska Institute）的神经科学教授Sten Grillner说。

研究人员计划探索的另一种可能性是，纹状体和基质细胞是否排列成影响身体特定部位运动控制的模块。

Lazaridis说：“下一步是试图分离这些模块中的一些，并通过同时研究属于同一模块的细胞，无论它们是在基质中还是在纹状体中，都试图查明纹状体是如何调节这些模块的潜在功能的。”

他们还希望探索纹状体回路是如何影响帕金森病的，纹状体回路投射到被帕金森病破坏的大脑的同一区域。

Striosomes Control Dopamine via Dual Pathways Paralleling Canonical Basal Ganglia Circuits