破解2000多年的难题！骆利群院士最新Nature

iNature · 公众号 · · 2024-07-20 08:05

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动物表现出灵活的目标导向行为来满足它们的基本生理需求。然而，对于在相互冲突的需求下如何选择统一行为，仍然知之甚少。

近期，斯坦福大学骆利群及Karl Deisseroth共同通讯在 Nature 在线发表题为“ Neural landscape diffusion resolves conflicts between needs across time ”的研究论文，该研究利用小鼠的口渴和饥饿，探索了冲突需求的行为和神经动力学，以揭示随着时间推移组织行为的潜在神经控制系统的原理。 实验数据和建模表明，口渴和饥饿通过重塑潜在的能量景观，从而偏向内部目标状态的随机运动，而不是作为行为的直接力量，间接驱动行为的转变。

另外，2023年8月11日，斯坦福大学Nirao M. Shah及骆利群合作在 Cell 在线发表题为“ A neural circuit for male sexual behavior and reward ”的研究论文，该研究发现了一个神经回路，这是雄性交配所必需和充分的。该回路将化学感觉输入连接到 BNSTpr ^Tac1 神经元，后者支配 POA ^Tacr1 神经元， POA ^Tacr1 神经元投射到调节运动输出和奖励的中心。上位性研究表明， BNSTpr ^Tac1 神经元位于 POA ^Tacr1 神经元的上游， BNSTpr ^Tac1 在配偶识别后释放P物质，通过Tacr1激活 POA ^Tacr1 神经元，从而启动交配。 POA ^Tacr1 神经元的实验激活触发了交配，即使在性满足的雄性中也是如此，这是有益的，引发了多巴胺的释放和这些细胞的自我刺激。 总之， 该研究揭示了一种分子指定的神经回路，它区分性别，由化学感觉通路支配，执行交配而不是攻击的运动程序，并支配性冲动和奖励（点击阅读）。

2023年2月15日，斯坦福大学Nirao M. Shah团队及骆利群等团队合作在 Cell 在线发表题为“ Hypothalamic neurons that mirror aggression ”的研究论文，该研究证明了 小鼠下丘脑中个体 VMHvl ^PR 神经元的活动代表了自我和他人的攻击行为。 该研究使用了一种基因编码的镜像陷阱策略来功能性地询问这些攻击镜像神经元。该研究发现它们的活动对攻击行为至关重要，这些细胞的强制激活会引发老鼠的攻击性表现，甚至是对自己的“镜像”攻击。总之，该研究在一个深度保守的脊椎动物大脑区域发现了一个非皮层镜像神经元系统，它在功能上代表了生存所必需的社会行为（点击阅读）。

对生理稳态的偏离产生了各种各样的需求，如口渴和饥饿，并推动动物行为的深刻变化。 这些需求历来被认为是作用于动物行为的独特力量，其效果受到适当奖励的限制。最近的研究已经建立了检测个体生理失衡和产生目标导向行为和神经状态的神经生物学基础。 自然界中的动物经常面对多种共同发生的需求，但仍然表现出离散和连贯的目标导向行为。

确切地说，需求之间的冲突是如何解决的，特别是在同等可得的奖励的情况下 ，自亚里士多德时代（约公元前384~前322）以来一直是一个令人困惑的问题，他质疑一个同样饥饿和口渴的人是否会被困在等距离的食物和水之间；后来的哲学家们用驴代替了人，并将这种困境推广为“布里丹之驴”。尽管神经生物学研究已经比较了口渴和饥饿的回路和行为特性以及它们之间的相互作用，但这些需求还没有在一个相互冲突的、时时刻刻的背景下进行研究。

“布里丹之驴”的困境突出了一个不完整的概念框架，将需求与动机行为联系起来—也就是说，缺乏神经生物学的解释来解释冲突的需求是如何随着时间的推移共同组织行为的。一个更完整的解决跨时间冲突需求的框架应该将个人需求的强度和显著性与任何特定时刻的行为选择联系起来，识别行为选择的神经基础，解释在需要适当行为之间转换的动力学。

神经景观扩散作为大脑状态跨时间连续组织的框架（图源自 Nature ）

该研究开发了一个实验范例，让饥饿和口渴的老鼠在距离相等的食物和水之间自由选择。 研究发现，老鼠通过将它们的选择结构成随机转换的持续回合来收集需要适当的奖励。高密度电生理记录揭示了分布的单个神经元和神经元群与指导小鼠未来选择的持久内部目标状态相关。作者用一个描述全球需求状态的数学模型捕捉到了这些现象，这种需求状态在不断变化的能源格局中嘈杂地扩散。模型模拟成功地预测了行为和神经数据，包括选择转变前的种群神经动力学和光遗传口渴刺激的反应。 这些结果为解决不同时间需求之间的冲突提供了一个总体框架，其根源在于需求依赖状态持久性和行为目标之间的噪声驱动转换的突发性特性。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06715-z

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