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Science重磅｜揭秘我们的好奇心到底从何而来
1793 人阅读发布时间：2023-06-14 09:31
编者按
对一位科学家来说，好奇心很重要，是科学研究的驱动力。好奇心帮助科学家刨根问底、永不停留。假如别人已经踏出了一条上山的道路，科学家被好奇心驱使着，总想试试更快更好的道路，想去更多的山头看看风景。好奇心是人类探索未知的原动力，是培养未来科学家的起点。那么，这其中的神经生物学机制如何呢？小编在这里给大家推荐荷兰神经科学研究所Alexander Heimel带领的实验团队5月14日发表在《Science》的文章，研究人员在小鼠中发现，内侧下丘脑区域不透明带（ZIm）中的抑制神经元对于决定研究对象或同种异体至关重要。这些神经元从前肢皮层接受兴奋性信号的输入，以发出探索信号。该信号在ZIm中受到调查动机水平的调控。ZIm活性增加通过抑制导水管周围灰质区域而引发深入的研究活动。表达速激肽1（TAC1）的抑制性ZIm神经元亚群可调控研究行为。据悉，探索自然和社会环境对于了解周围世界至关重要。但尚不知道寻求新颖性的动机是如何引发调查等一系列复杂行为的。该文揭示了驱动和控制好奇心的脑回路。
研究背景
动物的寻奇行为（novelty-seeking behavior）对于寻找新的食物资源、评估潜在的危险以及更好地了解周围世界是至关重要的。寻奇行为可分解为动机行为、好奇心和探索性行为。好奇心被认为是与渴觉和饥饿一样的本能行为，目前对好奇心的研究集中在奖赏行为驱动的神经机制，但是在不立即获得回报的情况也能驱动动物的好奇心，比如追求新奇的行为。目前并不清楚大脑哪些脑区驱动着小鼠的寻奇行为。过往研究发现未定带（ZI）在介导小鼠趋利避害中具有重要作用，因此研究人员把目光聚焦在ZI脑区，并关注其在寻奇行为中的作用。实验结果
激活ZIm的GABA能神经元增加小鼠寻奇行为双向自由获取选择（FADC）的行为学范式中发现小鼠与新奇物体的交互次数和时间更多，嗅探、咬、抓和搬运等行为会增加。并且小鼠对熟悉物体会采用嗅探行为的浅层了解策略，而对新奇物体采用先嗅后咬的深入了解策略。光遗传学激活ZIm（ZI脑区的中部）的GABA能神经元显著增加小鼠对新奇物体的互动，并增加小鼠对新奇物体的深入了解策略。
ZIm的GABA能神经元调节小鼠的寻奇行为
接着研究人员关注ZIm在寻奇行为中的作用，光遗传学激活（ChR2）和抑制（stGtACR2）ZIm的GAD2阳性（GABA能）神经元，发现激活GABA能神经元能增加小鼠的探索行为，但不会引起攻击行为，而抑制GABA能神经元则产生相反的效果。
钙成像光纤记录发现，在小鼠寻奇行为中采用深度了解策略时，ZIm的GABA能神经元钙活性会显著增加。自然界中探索行为需要有很高的警觉性，研究人员通过多通道电极记录和瞳孔测量，发现激活ZIm的GABA能神经元小鼠会处于脑电活动增加且瞳孔放大的较高的觉醒状态。
PL-ZIm的投射调节寻奇行为
接着研究人员关注ZIm的上游调节脑区，神经示踪发现前额叶皮层（PL）为ZIm的上游脑区，钙成像光纤记录检测发现PL-ZIm的投射在寻奇行为和觉醒活动中处于激活状态，光遗传学激活该投射增加ZIm的神经元放电，增大小鼠的瞳孔。而化学遗传学抑制该投射降低小鼠的寻奇行为。
ZIm-PAG投射介导寻奇行为的深入了解策略
接着研究人员关注ZIm的下游效应脑区，神经示踪发现激活ZIm对中脑导水管周围灰质（PAG）的抑制作用最高。钙成像光纤记录研究发现ZIm-PAG的投射介导小鼠寻奇行为的深入了解策略，化学遗传学抑制ZIm-PAG的GABA能神经元的投射，减少小鼠寻奇行为深入了解策略的程度和持续的时间。
ZIm的TAC1阳性GABA能神经元能增加小鼠的寻奇行为
最后研究人员对ZIm的GABA能神经元类型进行深入研究，发现GABA能神经元和速激肽1（TAC1）高度共标，说明GABA能神经元是速激肽阳性神经元。光激活ZIm的TAC1阳性GABA能神经元能增加小鼠的寻奇行为，而激活其他类型的GABA能神经元不介导寻奇行为。
总而言之，本文作者通过更细致的行为学策略和多种转基因小鼠，结合光遗传学、化学遗传学、钙成像光纤记录、神经示踪、免疫荧光，发现了介导寻奇行为的一条新的神经元环路，即PL-ZIm-PAG的GABA能神经投射调节寻奇行为的深入了解策略，激活该投射能增强小鼠的好奇心，促进小鼠对新奇事物的深入了解。
图1. 好奇心的大脑机制
徐老师点评：
好奇心是人类与生俱来的特质，也是科学进步的源动力，研究好奇心的神经回路机制令人兴奋，意义深远。这篇文章以小鼠为模型，利用光/化学遗传学、光纤钙记录、电生理和原位杂交等技术，揭示了对好奇心和新奇寻求行为的细胞类型特异性的皮层-皮层下脑回路机制。同时，该文还指出了研究好奇心环路机制的新方向，但人们对好奇心的机理的理解，仍存在大量未知之处，相信未来会有更多相关的研究报道。相关链接：
官网： www. brainvta. ltd
