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未探测的神经电路调制记忆强度

佛罗里达州JUPITER - 2019年5月14日 - 学习避免负面体验需要两个不同的大脑回路的相互作用,一个解释“Yikes!”一项新的果蝇研究显示,并开始学习,另一方面,意外地说,要记住那种记忆的力量。

“这种增益控制可能存在于许多生物体的神经系统的许多层面,”Scripps Research神经科学家Seth Tomchik博士说,该研究的主要作者。

根据最近的研究,人脑由数量惊人的神经元组成 - 大约860亿。鉴于这种复杂性,神经科学家致力于理解学习和记忆工作如何从更简单的模式生物开始。人类和苍蝇有一定程度的基础生物学,包括在学习中依赖神经递质多巴胺。

“我们知道苍蝇,就像哺乳动物一样,有正面强化的神经元,有负神经元的神经元 - 价神经元 - 然后有第三组,”Tomchik说。“没人知道他们做了什么。”

果蝇大脑含有八组产生多巴胺的神经元。其中三个可以在所谓的飞脑的“蘑菇体”中找到。人类没有精确的类似脑部分,但其他大脑区域执行类似的功能。在果蝇(Drosophila melanogaster)中,又称果蝇,蘑菇体是对气味高度敏感的区域。

过去的飞行大脑研究表明,投射到蘑菇体内的多巴胺产生基团之一处理与气味相关的诱发欲望的记忆。(“嗯,腐烂的香蕉!”)而另一个指导与负面经历相关的回避行为。(“哎呀,危险的香蕉味!”)

为了找出第三组(称为PPL2)的作用,研究助理和第一作者Tamara Boto博士对苍蝇进行了一项实验,该实验涉及将它们暴露于类似水果的气味,同时给予它们轻微的电击。

通过添加绿色荧光蛋白,在与钙反应时释放光,可以在显微镜下观察它们的条件反应。当神经元通信时释放钙离子。在气味实验期间刺激PPL2神经元在呈现气味时改变了荧光的亮度,这表明学习和记忆中涉及的结构改变了响应程度。

“当我们激活这个PPL2神经元时,它实际上会调节那个记忆的强度,”Tomchik说。“因此,我们看到有多巴胺能神经元编码厌恶刺激本身,然后有这个额外的设置可以在该记忆中上调或下调音量。”

Boto补充道,PPL2加强反应的能力令人惊讶。

“我认为这种生理效应可以转化为行为效应,这真是令人惊讶,”博托说。“多巴胺不太可能自行激发,但如果与这组神经元的刺激配对,反应会更大。”

这项研究“离体多巴胺能电路对果蝇细胞可塑性,记忆力和效价的独立贡献”,5月14日出现在Cell Reports杂志上。Tomchik说,下一步将探索什么刺激PPL2神经元以及它们的活动如何影响记忆网络中的其他神经元。

Tomchik说,研究模型生物中的经验,学习和记忆的大脑电路可以提供对我们自己的,更复杂的大脑的见解,这些见解可以帮助我们理解成瘾,创伤后应激障碍,抑郁症和神经发育障碍等问题。

“我们希望更多地了解它们的基本功能是什么,在什么条件下激活它们的刺激类型,”他说。“将学到的信息转化为行为执行,通过两者之间的神经元,这就是我预计未来几年会有很多发现的地方。”

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