科学研究

科研进展

罗敏敏应邀在Annual Review of Neuroscience杂志撰写综述文章

    |    分享:
2020-07-15

图片1.png


处理和呈现(processing and internal representation)奖赏信号是大脑最基本的功能之一。自然奖赏刺激(如饮食、性行为和其他愉悦的感官刺激等)、成瘾性药物和特定脑区的激活可以产生主观的快感、萌发强烈的行为动机并强化相关的学习和记忆。大脑奖赏信号异常导致多种严重的精神疾病,包括快感缺失--抑郁综合症、精神分裂、药物和行为成瘾等。因此,深入探索奖赏信号处理的神经环路与分子机制,对我们理解奖赏行为和相关情绪产生的神经生物学基础,并为相应精神疾病的预防和治疗提供可靠的方案兼具理论和应用意义。

奖赏信号处理是一个涉及多种神经递质(调质)和复杂神经网络的综合过程。在这些递质和调质中间,五羟色胺扮演的角色最为扑朔迷离。五羟色胺(5-hydroxytryptamine; 5-HT)又名血清素(serotonin),是一种由必需氨基酸色氨酸经羟基化和脱羧两步反应生成的含吲哚环的单胺类神经递质。在外周,约占人体90%的五羟色胺主要由肠嗜铬细胞分泌并调节胃肠道功能;而在中枢,绝大多数合成五羟色胺的神经元分布于脑干的中缝核群,并通过其多达7个受体家族约18种亚型来调控感官知觉、运动控制、情绪调节、学习记忆、社会和交配行为、睡眠觉醒和进食代谢等一系列复杂而广泛的生理活动。在这些细胞中,与奖赏密切相关的五羟色胺神经元位于中脑导水管腹侧的中缝背核(dorsal raphe nucleus, DRN)。

近10年来,罗敏敏实验室以转基因小鼠为模型,研究哺乳动物处理奖赏与惩罚的神经环路机制,特别是中缝背核及内侧缰核(medial habenula, MHb)两个脑区及相连的神经环路的作用。研究人员运用电生理和光学成像,从清醒小鼠中记录特定类型神经元在奖赏与惩罚相关行为中的反应特点;继而运用光遗传学及化学遗传学手段,检测激活、抑制和损毁相关神经元对于行为的影响;并利用全细胞膜片钳和光学成像,探索不同药物及细胞信号转导途径在奖赏与惩罚行为中的作用及分子细胞机制。发表了一系列重要的研究论文,建立了新的理论。

在此基础之上,2020年7月10日,罗敏敏研究员受邀在年评(Annual Review of Neuroscience)杂志在线发表题为“Reward Contributions to Serotonergic Functions”的综述文章,系统论述了大脑五羟色胺系统在奖赏信号处理中的重要角色。

文章回顾了自上世纪中叶以来,中枢五羟色胺系统在感觉和情绪信号处理中的研究历史和理论流变,综述了五羟色胺在奖赏三大基本特征(快感、动机和学习)中分别扮演的不同角色;重点介绍了五羟色胺神经元在奖赏相关行为中的实时发放特征和学习机制,在整合比较了传统理论和最新数据的基础上,提出了五羟色胺在奖赏信号处理和行为抉择上的“有益性理论(The Beneficialness Theory of DRN Serotonin)”。该理论确立了DRN五羟色胺编码奖赏而非惩罚的观点,强调了五羟色胺神经元采用相位簇状(phasic)和缓慢张性(tonic)发放的特征分别编码奖赏获取和奖赏期待(等待)的独特模式;并从更广阔的视角引入了学习偶联系数p和代价因子C(cost, C),揭示了DRN五羟色胺神经元动态多维度追踪和衡量外界环境刺激(包括奖赏、惩罚和中性信号)、动物自身需求以及稳态状态,并通过效价和满足计算机制( valence computation mechanisms and satiety calculation)以独特的发放特征呈现和传播一个综合的“有益性信号”来指导行为决策,最终实现以最小代价获取最大奖赏的目标。 

详情请见原文链接:https://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev-neuro-093019-112252

在罗敏敏研究员的领导下,实验室的刘志祥、李毅、周景峰、钟炜欣和张举恩、谭禄彬、王达青、林睿、梁婧文等多届成员分别在五羟色胺奖赏编码、中缝背核功能(奖赏记忆)和缰核—脚间核惩罚信号处理等领域做出了原创性的研究成果。实验室博士后刘志祥和林睿参与了该综述文章的撰写。