在人类大脑中，运动受到一个名为纹状体的脑区的影响，该区域向大脑中的运动神经元发送指令。这些指令通过两条通路传递，一条是启动运动的“去”通路，另一条是抑制运动的“禁止”通路。
在一项新研究中，麻省理工学院的研究人员发现了两条新的通路，这些通路源于纹状体，并似乎调节去通路和禁止通路的效果。这些新发现的通路与大脑中产生多巴胺的神经元相连 —— 一条刺激多巴胺释放，另一条则抑制它。
研究人员指出，通过一种被称为纹状体小体的神经元簇控制大脑中的多巴胺量，这些通路似乎能够修饰去通路和禁止通路的指令。它们可能特别影响那些具有强烈情感成分的决策。
“在所有纹状体区域中，只有纹状体小体能够投射到含有多巴胺的神经元上，我们认为这与动机、情绪和运动控制有关。”麻省理工学院的研究所教授、麦戈文脑研究所成员 Ann Graybiel 说道，她是这项新研究的主要作者。
麦戈文研究所的研究科学家 Iakovos Lazaridis 是发表在 Current Biology 杂志上的论文的第一作者。
新通路
Graybiel 在职业生涯中大部分时间都在研究纹状体，这是位于大脑深处的一个结构，涉及学习、决策以及运动控制。
在纹状体内，神经元以迷宫般的结构排列，其中包括 1970 年代 Graybiel 发现的纹状体小体。经典的去通路和禁止通路源自围绕纹状体小体的神经元，这些神经元统称为基质。基质细胞从视觉皮层和听觉皮层等感知处理区域接收输入，然后将去或禁止的指令发送到运动皮层的神经元。
然而，纹状体小体的功能尚不明确，Graybiel 实验室的研究人员多年来一直试图解开这个谜团。
他们之前的研究显示，纹状体小体接收来自处理情感的大脑部分的输入。在纹状体小体内，有两种主要类型的神经元，分别被分类为 D1 和 D2。在 2015 年的一项研究中，Graybiel 发现 D1 细胞将信息传递给黑质，这是大脑中主要的多巴胺产生中心。
追踪另一组 D2 神经元的输出花费了更长的时间。在新发表的 Current Biology 研究中，研究人员发现这些神经元最终也投射到黑质，但首先它们连接到一个抑制多巴胺输出的球状苍白体神经元组。这条通路，作为通往黑质的间接连接，减少了大脑的多巴胺输出并抑制运动。
研究人员还确认了他们之前的发现，即来自 D1 纹状体小体的通路直接连接到黑质，刺激多巴胺释放并启动运动。
“在纹状体小体中，我们发现的可能是经典去/禁止通路的模拟。”Graybiel 说，“它们就像经典的运动去/禁止通路，但并不直接通向基底节的运动输出神经元。而是投射到与运动和动机密切相关的多巴胺细胞。”
情感决策
这些发现表明，纹状体控制运动的经典模型需要修改，以纳入这些新识别通路的角色。研究人员现在希望测试他们的假设，即与动机和情感相关的输入，从皮层和边缘系统进入纹状体小体，以某种方式影响多巴胺水平，从而促进或抑制行动。
这种多巴胺释放对于引发焦虑或压力的行为尤其相关。在 2015 年的一项研究中，Graybiel 的实验室发现纹状体小体在做出引发高水平焦虑的决策中发挥关键作用，尤其是那些高风险但可能带来重大回报的决策。
“Ann Graybiel 及其同事之前发现纹状体小体与抑制多巴胺神经元有关。现在他们意外地显示出另一种类型的纹状体小体神经元产生相反的效果，可以传递奖励信号。纹状体小体因此能够同时调节多巴胺活动，这一发现非常重要。显然，多巴胺活动的调节在我们的日常生活中至关重要，涉及运动和情绪，纹状体小体对此有重要贡献。”瑞典卡罗林斯卡学院的神经科学教授 Sten Grillner 说道。他并未参与这项研究。
研究人员还计划探索纹状体小体和基质细胞是否以模块化方式排列，从而影响特定身体部位的运动控制。
“下一步是尝试隔离这些模块，并通过同时研究属于同一模块的细胞，无论它们是基质细胞还是纹状体小体，试图明确纹状体小体如何调节这些模块的基本功能。”Lazaridis 表示。
他们还希望研究投射到与帕金森病相关的同一脑区的纹状体小体电路可能对该疾病的影响。
这项研究得到了美国国立卫生研究院、Saks-Kavanaugh 基金会、William N. 和Bernice E. Bumpus 基金会、Jim 和 Joan Schattinger、Hock E. Tan 和 K. Lisa Yang 自闭症研究中心、Robert Buxton、Simons 基金会、CHDI 基金会以及 Ellen Schapiro 和 Gerald Axelbaum 的 BBRF 青年研究者资助。
原文连接：
https://news.mit.edu/2024/brain-pathways-control-dopamine-release-may-influence-motor-control-1023
