Streszczenie: Naukowcy odkryli, w jaki sposób wzgórze mózgu kieruje motywacją wynikającą z głodu. Dzięki innowacyjnym eksperymentom na myszach badanie bada rolę dwóch odrębnych populacji neuronów w jądrze przykomorowym (PVT), pokazując, w jaki sposób regulują one działania prowadzące do osiągnięcia celu, np. zdobywania pożywienia.

Badanie pokazuje, że neurony z receptorem dopaminy D2 (PVTD2(+)) wzmacniają motywację i zachowania związane z dążeniem do celu, podczas gdy ich odpowiedniki, neurony PVTD2(–), są powiązane z zakończeniem działania. Odkrycie to podważa wcześniejsze wyobrażenia o jednolitości PVT, sugerując jego kluczową rolę w przekładaniu głodu na motywowane działanie, co może prowadzić do nowych metod leczenia schorzeń psychiatrycznych związanych z motywacją.

Kluczowe fakty:

1. Odrębne role neuronowe: Neurony PVTD2(+) zwiększają aktywność podczas dążenia do celu, odzwierciedlając podwyższoną motywację, natomiast neurony PVTD2(–) są bardziej aktywne podczas kończenia działania, równoważąc dążenie.
2. Ponowna ocena PVT: W przeciwieństwie do tradycyjnego postrzegania PVT jako zwykłej stacji przekaźnikowej, badanie to podkreśla jego złożoną rolę w przetwarzaniu sygnałów motywacyjnych i wpływaniu na zachowania zorientowane na cel.
3. Potencjalne cele terapeutyczne: Zrozumienie podwójnych funkcji PVT otwiera nowe możliwości radzenia sobie z deficytami motywacyjnymi w schorzeniach psychiatrycznych, dając nadzieję na terapie celowane.

Źródło: Uniwersytet Alabamy w Birmingham

Głód może wywołać stan motywacyjny, który prowadzi zwierzę do pomyślnego dążenia do celu — poszukiwania i znajdowania pożywienia.

W niezwykle nowatorskim badaniu opublikowanym w Aktualna biologiabadacze z Uniwersytetu Alabama w Birmingham i Narodowego Instytutu Zdrowia Psychicznego (NIMH) opisują, w jaki sposób dwie główne subpopulacje neuronów w części wzgórza mózgu zwanej jądrem przykomorowym uczestniczą w dynamicznej regulacji dążenia do celu. Badania te dostarczają wglądu w mechanizmy, dzięki którym mózg śledzi stany motywacyjne w celu kształtowania działań instrumentalnych.

Na potrzeby badania myszy należało najpierw przeszkolić w zakresie zachowań przypominających żerowanie, korzystając z długiej wybiegu przypominającego korytarz, ze strefą wyzwalającą na jednym końcu i strefą nagrody na drugim końcu, oddalonym o ponad 4 stopy.

Myszy nauczyły się czekać w strefie wyzwalania przez dwie sekundy, aż sygnał dźwiękowy uruchomi ich zadanie behawioralne przypominające żerowanie. Mysz może następnie ruszyć do przodu we własnym tempie do strefy nagrody, aby otrzymać mały łyk Sure o smaku truskawkowym. Aby zakończyć próbę, myszy musiały opuścić strefę nagrody i powrócić do obszaru wyzwalania, aby poczekać na kolejny sygnał dźwiękowy. Myszy szybko się uczyły i były bardzo zaangażowane, co wykazano po ukończeniu dużej liczby prób podczas treningu.

Następnie badacze wykorzystali fotometrię optyczną i czujnik wapnia GCaMP do ciągłego monitorowania aktywności dwóch głównych subpopulacji neuronalnych jądra przykomorowego (PVT) podczas podejścia nagradzającego ze strefy wyzwalającej do strefy nagrody oraz podczas próbnego zakończenia ze strefy nagrody powrót do strefy wyzwalającej po skosztowaniu jedzenia o smaku truskawkowym. Eksperymenty obejmują wprowadzenie światłowodu do mózgu w pobliżu PVT w celu pomiaru uwalniania wapnia, sygnału aktywności neuronalnej.

Dwie subpopulacje w jądrze przykomorowym identyfikuje się na podstawie obecności lub braku receptora dopaminy D2, oznaczanego jako PVT^D2(+) lub PVT^D2(–)odpowiednio. Dopamina jest neuroprzekaźnikiem umożliwiającym neuronom komunikację między sobą.

„Odkryliśmy, że PVT^D2(+) i PVT^D2(–) neurony kodują odpowiednio wykonanie i zakończenie działań zorientowanych na cel” – powiedziała dr Sofia Beas, adiunkt na Wydziale Neurobiologii UAB i współautorka badania. „Ponadto aktywność w PVT^D2(+) populacja neuronów odzwierciedlała parametry motywacji, takie jak wigor i uczucie sytości”.

Konkretnie PVT^D2(+) neurony wykazywały zwiększoną aktywność podczas podejścia z nagrodą i zmniejszoną aktywność podczas zakończenia próby. Z drugiej strony PVT^D2(–) neurony wykazywały zmniejszoną aktywność podczas podejścia z nagrodą i zwiększoną aktywność podczas zakończenia próby.

„To nowość, ponieważ ludzie nie wiedzieli, że w neuronach PVT istnieje różnorodność” – powiedział Beas. „Wbrew temu, że od dziesięcioleci panuje przekonanie, że PVT jest jednorodny, odkryliśmy, że chociaż są to komórki tego samego typu (obie uwalniają ten sam neuroprzekaźnik, glutaminian), PVT^D2(+) i PVT^D2(–) neurony wykonują bardzo różne zadania.

„Dodatkowo wyniki naszego badania są bardzo istotne, ponieważ pomagają zinterpretować sprzeczne i mylące ustalenia w literaturze dotyczące funkcji PVT”.

Przez długi czas obszary wzgórzowe, takie jak PVT, uważano jedynie za stację przekaźnikową w mózgu. Naukowcy zdają sobie teraz sprawę, mówi Beas, że PVT zamiast tego przetwarza informacje, przekształcając stany potrzeb wynikające z podwzgórza na sygnały motywacyjne za pośrednictwem projekcji aksonów – w tym PVT^D2(+) i PVT^D2(–) aksony — do jądra półleżącego, czyli NAc.

NAc odgrywa kluczową rolę w uczeniu się i realizacji zachowań zorientowanych na cel. Akson to długie, przypominające kabel przedłużenie ciała komórki neuronowej, które przekazuje sygnał neuronu do innego neuronu.

Naukowcy wykazali, że te zmiany w aktywności neuronów w PVT zostały przeniesione do NAc poprzez pomiar aktywności neuronowej za pomocą światłowodu wprowadzonego w miejscu, w którym zakończenia aksonów PVT docierają do neuronów NAc.

Dynamika aktywności na końcach PVT-NAc w dużym stopniu odzwierciedlała dynamikę aktywności, którą badacze zaobserwowali w neuronach PVT — mianowicie zwiększony sygnał aktywności neuronu PVT^D2(+) podczas podejścia do nagrody i zwiększonej aktywności neuronów PVT^D2(–) podczas zakończenia okresu próbnego.

„Łącznie nasze ustalenia zdecydowanie sugerują, że cechy związane z motywacją i kodowanie działań zorientowanych na cel w tylnym PVT^D2(+) i PVT^D2(-) neurony są przekazywane do NAc poprzez odpowiednie końcówki” – powiedział Beas.

Podczas każdej sesji rejestrowania myszy badacze rejestrowali od 8 do 10 próbek danych na sekundę, co dało bardzo duży zbiór danych. Ponadto tego typu nagrania podlegają wielu potencjalnym zmiennym zakłócającym.

W związku z tym analiza tych danych była kolejnym nowatorskim aspektem tego badania dzięki zastosowaniu nowych i solidnych ram statystycznych opartych na funkcjonalnym liniowym modelowaniu mieszanym, które zarówno wyjaśniają zmienność zapisów, jak i mogą badać relacje między zmianami fotometrii sygnały w czasie i różne współzmienne zadania nagrody, takie jak szybkość, z jaką myszy wykonywały próbę lub jak poziom głodu zwierząt może wpływać na sygnał.

Jednym z przykładów tego, jak badacze powiązali motywację z wykonaniem zadania, był podział czasów próbnych na grupy „szybkie”, w których strefa nagrody trwała od dwóch do trzech sekund od strefy wyzwalania, oraz grupy „powolne”, w których strefa nagrody znajdowała się od 9 do 11 sekund.

„Nasze analizy wykazały, że podejście oparte na nagrodzie było powiązane z wyższymi rampami sygnału wapnia w PVT^D2(+) neuronów podczas szybkich prób w porównaniu z wolnymi próbami” – powiedział Beas.

„Co więcej, znaleźliśmy korelację między sygnałem a parametrami opóźnienia i prędkości. Co ważne, brak zmian w tylnym PVT^D2(+) aktywność neuronów obserwowano, gdy myszy nie były zaangażowane w zadanie, jak w przypadkach, gdy myszy wędrowały po wybiegu, ale nie wykonywały aktywnie prób.

„W sumie nasze odkrycia sugerują, że tylny PVT^D2(+) Aktywność neuronów wzrasta podczas poszukiwania nagrody i jest kształtowana przez motywację.

Deficyty motywacji są powiązane ze schorzeniami psychicznymi, takimi jak nadużywanie substancji psychoaktywnych, objadanie się i niemożność odczuwania przyjemności w depresji. Głębsze zrozumienie neuronalnych podstaw motywowanych zachowań może ujawnić konkretne ścieżki neuronalne zaangażowane w motywację i sposób, w jaki wchodzą w interakcje. Może to prowadzić do nowych celów terapeutycznych w zakresie przywrócenia zdrowych procesów motywacyjnych u pacjentów.

Współautorami wraz z Beasem w badaniu „Dissociable encoding ofmotivated behavior by równoległe projekcje wzgórzowo-prążkowiowe” są Isbah Khan, Claire Gao, Gabriel Loewinger, Emma Macdonald, Alison Bashford, Shakira Rodriguez-Gonzalez, Francisco Pereira i Mario Penzo, NIMH, Bethesda, Maryland. Zanim w zeszłym roku przeniósł się do UAB, Beas odbył staż podoktorski w NIMH.

Finansowanie: Wsparcie pochodziło z nagrody National Institutes of Health K99/R00 MH126429, nagrody NARSAD Young Investigator Award przyznanej przez Brain and Behaviour Research Foundation oraz nagrody NIMH Intramural Research Programme 1ZIAMH002950.

O tym newsie dotyczącym badań nad głodem i motywacją

Autor: Jeffreya Hansena
Źródło: Uniwersytet Alabamy w Birmingham
Kontakt: Jeffrey Hansen – Uniwersytet Alabamy w Birmingham
Obraz: Zdjęcie przypisuje się Neuroscience News

Orginalne badania: Otwarty dostęp.
„Oddzielne kodowanie motywowanego zachowania przez równoległe projekcje wzgórzowo-prążkowiowe” Sofii Beas i in. Aktualna biologia

Abstrakcyjny

Dysocjacyjne kodowanie motywowanego zachowania przez równoległe projekcje wzgórzowo-prążkowiowe

Przegląd najważniejszych wydarzeń

• PVT^D2(+)Ścieżka -NAc koduje wykonanie działań zorientowanych na cel
• PVT^D2(-)Ścieżka -NAc koduje zakończenie działań zorientowanych na cel
• Działalność PVT^D2(+) neurony skorelowane z parametrami motywacji
• PVT^D2(-) aktywność neuronów była skorelowana z motywacją, ale w mniejszym stopniu

Streszczenie

Skuteczne dążenie do celów wymaga skoordynowanej realizacji i zakończenia działań, które prowadzą do pozytywnych rezultatów. Proces ten opiera się na stanach motywacyjnych, którymi kierują czynniki wewnętrzne, takie jak głód czy strach. Jednakże mechanizmy, dzięki którym mózg śledzi stany motywacyjne w celu kształtowania działań instrumentalnych, nie są w pełni poznane.

Jądro przykomorowe wzgórza (PVT) to jądro wzgórza w linii środkowej, które kształtuje motywowane zachowania poprzez swoje projekcje do jądra półleżącego (NAc) i monitoruje stan wewnętrzny poprzez interoceptywne sygnały wejściowe z podwzgórza i pnia mózgu.

Ostatnie badania wskazują, że PVT można podzielić na dwie główne subpopulacje neuronalne, a mianowicie PVT^D2(+) i PVT^D2(-)które różnią się tożsamością genetyczną, funkcjonalnością i anatomiczną łącznością z innymi obszarami mózgu, w tym NAc.

W tym badaniu wykorzystaliśmy fotometrię światłowodową do zbadania na żywo dynamika tych dwóch różnych typów neuronów PVT u myszy wykonujących zadania behawioralne przypominające żerowanie. Odkryliśmy, że PVT^D2(+) i PVT^D2(-) neurony kodują odpowiednio wykonanie i zakończenie działań zorientowanych na cel.

Ponadto działalność w PVT^D2(+) populacja neuronów odzwierciedlała parametry motywacji, takie jak wigor i sytość. Podobnie PVT^D2(-) neurony również odzwierciedlały niektóre z tych parametrów, ale w znacznie mniejszym stopniu. Co ważne, cechy te zostały w dużej mierze zachowane, gdy selektywnie oceniano aktywność w projekcjach PVT do NAc.

Łącznie nasze wyniki podkreślają istnienie dwóch równoległych projekcji wzgórzowo-prążkowiowych, które uczestniczą w dynamicznej regulacji dążenia do celu i zapewniają wgląd w mechanizmy, dzięki którym mózg śledzi stany motywacyjne w celu kształtowania działań instrumentalnych.