研究人员发现"起伏"的大脑机制 挑战了多巴胺在学习中作用的传统观点

研究人员发现"起伏"的大脑机制挑战了多巴胺在学习中作用的传统观点这项研究由纽约大学格罗斯曼医学院的一个小组进行，研究了多巴胺和乙酰胆碱（另一种参与学习和记忆的大脑化学物质）之间的相互作用。以前的研究表明，这两种激素之间存在反比关系；其中一种激素的增加会导致另一种激素的减少。以前的研究认为，奖励通过同时提高多巴胺水平和降低乙酰胆碱水平来促进学习。这种突然出现的激素失衡被认为为脑细胞适应新环境和形成记忆打开了一扇机会之窗。这一过程被称为神经可塑性，是学习和伤后恢复的主要特征。然而，问题仍然在于，食物和其他外部奖励是否是这种记忆系统的唯一驱动力，或者我们的大脑是否能够在没有外界帮助的情况下创造出有利于学习的相同条件。为了澄清这个问题，研究作者重点研究了在乙酰胆碱水平较低的同时多巴胺水平较高的时间和情况。他们发现，即使在没有奖励的情况下，这种情况也会经常出现。事实上，荷尔蒙在大脑中不断起伏，多巴胺水平经常升高，而乙酰胆碱水平却很低，这为持续学习创造了条件。"我们的发现挑战了人们目前对多巴胺和乙酰胆碱何时以及如何在大脑中共同发挥作用的理解，"研究的主要作者安妮-克罗克博士说。"奖励不是为学习创造独特的条件，而是利用了一种已经存在并不断发挥作用的机制。"在最近发表在《自然》杂志上的这项研究中，研究小组让数十只小鼠使用一个轮子，它们可以在上面随意奔跑或休息。有时，研究人员会让动物喝水。然后，他们记录了啮齿动物的大脑活动，并测量了不同时刻多巴胺和乙酰胆碱的释放量。不出所料，喝水会产生典型的多巴胺和乙酰胆碱释放模式，而这正是奖励所引起的。然而，研究小组还观察到，早在接受水食之前，多巴胺和乙酰胆碱就已经遵循"起伏"循环，大约每秒两次，在此期间，一种激素水平下降，另一种激素水平上升。克罗克指出，无论啮齿动物是在奔跑还是静止不动，这种模式都在持续。她补充说，人类在内省和休息时也会出现类似的脑电波。研究的资深作者、神经科学家尼古拉斯-特里奇（NicolasTritsch）博士说："这些结果可能有助于解释大脑是如何在不需要外部激励的情况下自行学习和演练的，也许这种脉动回路会触发大脑反思过去的事件并从中学习。尽管如此，纽约大学朗贡卫生院神经科学与生理学系助理教授特里奇还是提醒说，他们的研究并不是为了判断小鼠大脑在这种"自我驱动"的学习过程中处理信息的方式是否与人类大脑相同。他说，尽管如此，这项研究的结果也可能为理解与多巴胺水平不正确有关的神经精神疾病（如精神分裂症、注意力缺陷/多动障碍（ADHD）和抑郁症）提供新的思路。例如，精神分裂症患者经常会出现与现实相悖的妄想。特里奇说，如果多巴胺-乙酰胆碱回路不断加强大脑中的连接，那么这一机制的问题可能会导致形成过多和不正确的连接，从而使他们"了解"到并非真实发生的事件。同样，缺乏动力也是抑郁症的常见症状，这使得完成起床、刷牙或上班等基本任务变得困难。作者说，内部驱动系统的紊乱可能是导致这些问题的原因。因此，特里奇说，研究小组下一步计划研究多巴胺-乙酰胆碱循环在此类精神疾病动物模型中的表现，以及在对记忆巩固很重要的睡眠过程中的表现。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381973.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1381973.htm

人类研究首次展示了多巴胺如何教我们的大脑玩新把戏

人类研究首次展示了多巴胺如何教我们的大脑玩新把戏"此前的研究表明，多巴胺在动物如何从'奖励'（也可能是'惩罚'）经验中学习方面发挥着重要作用，"WFUSM生理学、药理学和神经外科副教授KennethT.Kishida博士说。"但很少有人直接评估多巴胺在人脑中的快速作用。这是首次在人类中研究多巴胺如何编码奖惩，以及多巴胺是否反映了当今最先进的人工智能研究中所使用的'最佳'教学信号。"在这项研究中，研究人员使用了快速扫描循环伏安法，配以机器学习来实时测量多巴胺水平。由于这只能在侵入性手术中进行，因此三名计划接受这种治疗--脑深部刺激治疗本质性震颤--的患者得以参与研究。研究人员将一根碳纤维微电极插入参与者的大脑深处，以监测纹状体中的多巴胺，纹状体是大脑中参与决策、习惯养成和奖赏的区域。然后让他们玩一个简单的电脑游戏，游戏分为三个阶段，要求参与者通过经验学会做出选择，以获得最大奖励，同时减少惩罚。玩家如果做出正确的决定，就会得到真正的金钱奖励；如果做出错误的决定，就会失去金钱作为惩罚。在游戏的各个阶段，每隔100毫秒对每位参与者的多巴胺进行一次测量。他们的发现出乎意料：多巴胺通路可能比我们想象的要多得多、复杂得多，它在处理输钱和赢钱的过程中发挥着同样重要的作用。而且这些通路在不同的时间尺度上运行。岸田说："我们发现，多巴胺不仅在大脑中发出积极和消极体验的信号方面发挥作用，而且在试图从这些结果中学习时，它似乎以一种最佳的方式这样做。同样有趣的是，大脑中似乎有一些独立的通路，可以分别让多巴胺系统参与奖励和惩罚体验。我们的研究结果揭示了一个令人惊讶的结果，即这两条通路可能会在时间尺度上稍有变化地编码奖赏和惩罚体验，时间上仅相隔200至400毫秒。"这项研究表明，多巴胺是我们如何从好的和坏的经历中学习的一个关键因素，它帮助我们的大脑调整行为，做出与积极结果相关的选择。"传统上，多巴胺通常被称为'快乐神经递质'，"Kishida说。"然而，我们的工作提供的证据表明，多巴胺并非如此。相反，多巴胺是一个复杂系统的重要组成部分，它教导我们的大脑并指导我们的行为。多巴胺还参与教导我们的大脑有关惩罚性的经历，这是一个重要的发现，可能会提供新的研究方向，帮助我们更好地理解抑郁症、成瘾以及相关精神和神经疾病的内在机制。"这项研究发表在《科学进展》（ScienceAdvances）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1402049.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1402049.htm

研究发现声波可能可以帮助人们戒除可卡因

研究发现声波可能可以帮助人们戒除可卡因这种非侵入式方法将声波集中在大脑中一个名为脑岛的部位，而脑岛被认为在多种成瘾形式中起着关键作用。如果试验成功，它将为治疗一般成瘾症的重要新工具铺平道路。弗吉尼亚大学前沿成瘾研究中心（CLEAR）主任、医学博士NassimaAit-DaoudTiouririne。图片来源：弗吉尼亚大学健康中心弗吉尼亚大学前沿成瘾研究中心（CLEAR）主任、医学博士、首席研究员纳西玛-艾特-达乌德-蒂奥里林（NassimaAit-DaoudTiouririne）说："这项试验将告诉我们，聚焦超声是否能改变一些患者对可卡因的感觉。如果我们能逆转吸毒导致的大脑变化呢？这将从整体上改变我们治疗成瘾的方式"。可卡因成瘾：日益严重的问题研究人员指出，十年来，弗吉尼亚州的可卡因使用量一直在稳步增长。仅从2019年到2020年，因吸毒过量死亡的人数就猛增了三分之一。这些令人担忧的趋势让弗吉尼亚大学的科学家们迫切希望找到创新方法，减少人们对这种高度成瘾药物的渴望。目前，联邦食品与药物管理局还没有批准任何药物可以帮助人们戒烟。在新的试验中，弗吉尼亚大学的研究人员将使用聚焦声波轻轻按摩脑岛内的细胞。然后，科学家们将观察这种方法是否会引起大脑中的化学变化，从而减少对可卡因的渴望。(先前的研究已经表明，脑岛在可卡因的渴求和复吸中扮演着重要角色；研究人员还指出，脑岛受伤的人能够轻松戒烟，而不会出现渴求或复吸）。如果这种方法被证明是安全有效的，那么患者可能很快就会去看一个简单的门诊，离开时对可卡因的渴望就会减少。弗吉尼亚大学精神病学和神经行为科学系的Ait-DaoudTiouririne说："如果成功，我们就离开发出治疗成瘾的更安全的新方法更近了一步。成瘾是一种脑部疾病。治疗应包括对首先导致成瘾的大脑回路进行非侵入性神经调节"。弗吉尼亚大学的试验正在招募年龄在18岁或18岁以上、已被确诊患有可卡因使用障碍且不打算放弃使用可卡因的人。有关该试验的更多信息，请访问https://med.virginia.edu/uva-clear/lifu-cocaine-use-disorder/。该试验获得了美国国立卫生研究院国家药物滥用研究所（NationalInstitutesofHealth'sNationalInstituteonDrugAbuse）500万美元的资助。弗吉尼亚大学医学院正在开展一系列研究，探索聚焦超声治疗从癌症到阿尔茨海默氏症等严重疾病的巨大潜力。长期以来，弗吉尼亚大学一直是世界上率先应用聚焦超声技术造福患者的学校。例如，由弗吉尼亚大学医学博士杰夫-埃利亚斯及其同事领导的前期研究为美国食品和药物管理局批准高强度聚焦超声治疗帕金森症状和常见运动障碍--本质性震颤铺平了道路。聚焦超声研究的成功促使弗吉尼亚大学健康中心去年成立了世界上首个专门致力于将聚焦超声与免疫疗法相结合以改善癌症治疗的中心。研究人员希望，这种结合将为抗击从乳腺癌到脑瘤等多种不同形式的癌症开辟新的战线。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392441.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392441.htm

科学家发现被忽视的部分大脑区域可能在戒毒过程中发挥关键作用

科学家发现被忽视的部分大脑区域可能在戒毒过程中发挥关键作用研究人员发现，辅助运动皮层是影响吸毒者复吸可能性的关键脑区。通过动物模型，他们发现可以调节该区域的过度兴奋性，从而有可能防止复发，这为治疗提供了一条新途径。药理学和毒理学副教授、IU医学院斯塔克神经科学研究所研究员、医学博士马耀英（Yao-YingMa）说："过去在成瘾研究领域的研究主要集中在内侧前额叶皮层，这是大脑中控制决策的部分，但目前还没有有效预防或治疗复吸的方法。我们将研究重点转向了辅助运动皮层，发现这一区域在复发风险中起着更大的作用。它可能成为预防复吸的新靶点"。研究人员研究了动物模型的可卡因寻求行为，测量了戒断45天后运动皮层的兴奋性水平。他们发现此时运动皮层的过度兴奋性增加，于是采用了一种干预措施来平息大脑这部分的兴奋性。"成瘾患者面临的最大挑战之一就是防止复吸，"马说。"我们知道他们需要药物治疗、社区参与、心理支持和其他资源的帮助，但对许多复吸者来说，这只是一种自动行为。如果我们能了解成瘾行为是潜意识行为还是有意识行为，我们就能找到更好的方法来治疗和预防成瘾和复吸"。辅助运动皮层通常以指挥身体如何运动而闻名，因此马云说，它在成瘾中发挥着重要作用这一发现既新颖又令人兴奋。马说："这一大脑区域在成瘾研究中从未真正得到过太多关注，因此我们对这一发现以及它如何通过使用经颅磁刺激等侵入性较小的方法来改变我们治疗成瘾的方式感到兴奋，同时也对我们今后的工作轨迹感到兴奋。"未来，研究小组还将研究其他成瘾物质的影响，观察运动皮层辅助区是否参与了其他类型的药物使用障碍，如阿片类药物和酒精使用障碍。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1380319.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1380319.htm

可卡因成瘾使大脑更快衰老 可能是由炎症或细胞死亡引起的

可卡因成瘾使大脑更快衰老可能是由炎症或细胞死亡引起的可卡因使用障碍（CUD）导致布罗德曼第9区的"甲基组"发生改变，布罗德曼第9区是前额叶皮层的一个子区域，负责自我意识和抑制性控制。这是由德国和加拿大的研究人员进行的一项研究，发表在《精神病学前沿》上。DNA甲基化水平的提高与邻近基因的抑制有关。然而，健康的大脑并不受这种多巴胺涌动的摆布：在那里，前额叶皮层会权衡各种选择，并能决定在时机或地点不合适时放弃快乐的活动。相比之下，这种"抑制性控制"在成瘾的大脑中受到损害，使其难以抵制。但造成这种损害的前额叶皮层的生化变化是什么？现在，在《精神病学前沿》杂志上，来自德国和加拿大的科学家表明，在人类中，可卡因使用障碍（CUD）导致前额叶皮层内的一个亚区--布罗德曼9区的"甲基组"发生变化，该区被认为对自我意识和抑制性控制很重要。通常情况下，DNA甲基化程度越高，就会导致附近基因的'调低'。第一作者、德国曼海姆中央心理健康研究所的博士生EricPoisel说："由于DNA甲基化是基因表达的一个重要调节机制，已确定的DNA甲基化改变可能有助于人类大脑的功能变化，从而有助于成瘾的相关行为。"因为大脑甲基组的研究是侵入性的，该研究是在42名已故男性捐赠者的冷冻保存的大脑上进行的，其中一半人有CUD，另一半人没有。这很重要，因为这一领域的大多数早期研究都是在大鼠的大脑上完成的。可卡因成瘾者的脑细胞可能加速老化研究人员发现有证据表明，布罗德曼第9区的细胞在CUD患者中出现生物学上的"衰老"，证据表明这些细胞比没有药物使用障碍的人衰老得更快。在这里，他们用DNA甲基化的模式来衡量布罗德曼第9区细胞的生物学年龄。细胞、组织和器官的生物年龄可能大于或小于它们的年龄，这取决于饮食、生活方式和暴露于疾病或有害环境因素。因此，科学家们可以用既定的数学算法从甲基组数据中估计生物年龄。"与没有可卡因使用障碍的人相比，我们检测到可卡因使用障碍者的大脑有更强的生物老化趋势。这可能是由大脑中与可卡因有关的疾病过程造成的，如炎症或细胞死亡，"主要作者、同一研究所的研究人员StephanieWitt博士说。"由于生物年龄估计在成瘾研究中是一个非常新的概念，并且受到许多因素的影响，因此需要进一步的研究来调查这一现象，并且要有比这里更大的样本量。"CUD和甲基化基因之间的关联Poisel及其同事还研究了人类基因组中654448个位点的甲基化程度的差异，并寻找与每个捐赠者生活中是否有CUD的关联。他们纠正了捐赠者的年龄、死亡后的时间、大脑pH值以及进一步的疾病如抑郁症和酒精使用障碍的差异。他们发现有CUD的捐赠者比没有CUD的捐赠者甲基化程度高的17个基因组区域，以及有CUD的捐赠者比没有CUD的捐赠者甲基化程度低的三个区域。"令我们感到惊讶的是，在我们的网络分析中，DNA甲基化的变化在调节神经元活动和神经元之间连接的基因中特别突出。有趣的是，不同的DNA甲基化与几个转录因子和具有DNA结合域的蛋白质有关，这意味着这些DNA甲基化变化对基因表达的直接影响。这需要在进一步的研究中进行跟踪。"另外，令人着迷的是，在我们的研究中显示出DNA甲基化水平变化最强的那些基因中，有两个基因以前被报道在啮齿动物实验中调节可卡因摄入的行为方面，"Witt说。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1345047.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1345047.htm

新研究揭示钙在身体清除死亡细胞过程中的关键作用

新研究揭示钙在身体清除死亡细胞过程中的关键作用由日本京都大学细胞-材料综合科学研究所（iCeMS）科学家共同领导的研究小组揭示了垂死细胞如何激活一种蛋白质的机制，这种蛋白质会触发免疫细胞发出"吃我吧"的信号，以清理细胞碎片。这些发现最近发表在《自然-通讯》（NatureCommunications）杂志上。这种蛋白质名为Xkr4，是细胞膜中的Xkr家族蛋白质之一。Xkr4能将磷脂磷脂酰丝氨酸从细胞膜内部（通常位于细胞膜内部）扰乱到细胞膜外部。磷脂酰丝氨酸转移到细胞膜外侧是细胞即将死亡的信号，也是吸引吞噬细胞吞噬碎片的信号。细胞外的钙会进入scramblase跨膜区域的一个口袋，引发scramblase的激活。这使得细胞表面的磷脂酰丝氨酸（PS）暴露出来，成为清除无用细胞的独特标记。图片来源：MindyTakamiya/KyotoUniversityiCeMSXkr4的激活过程研究人员之前发现，要成为磷脂酰丝氨酸的扰乱酶，Xkr4的C端胞质尾部必须先被裂解，与另一个Xkr4形成二聚体，并暴露出一个结合位点。然后，这个结合位点与另一个名为XRCC4的蛋白质片段相连接。然而，在实验环境中，XRCC4与Xkr4的结合本身并不足以激活Xkr4。这表明还需要其他成分。钙离子的作用日本的研究小组发现，钙离子是激活Xkr4的必要条件。细胞环境外带正电荷的钙离子与Xkr4蛋白质两个"螺旋"上带负电荷的三个氨基酸结合。这种结合使Xkr4从中间状态变为完全激活状态。iCeMS生物化学家JunSuzuki解释说："我们发现，细胞外钙起到了Xkr4跨膜螺旋的分子粘合剂的作用，激活了Xkr4。"钙的意外作用和未来研究令人惊讶的是，众所周知细胞外钙参与调节细胞内外环境中蛋白质的活性，但细胞膜本身却不参与调节。铃木说："我们意外地发现，细胞外钙渗入蛋白质的跨膜区域，连接两个跨膜螺旋。"这项研究还表明，钙离子对激活Xkr蛋白家族的其他成员，特别是Xkr8和Xkr9可能很重要，这有助于阐明这些和其他扰乱酶蛋白的作用机制。研究小组下一步将研究Xkr4在神经细胞中的功能，并探索它们在大脑中的作用。参考文献PanpanZhang、MasahiroMaruoka、RyoSuzuki、HikaruKatani、YuDou、DanielM.Packwood、HidetakaKosako、MotomuTanaka和JunSuzuki于2023年9月11日在《自然-通讯》上发表的论文："细胞外钙作为跨膜螺旋的分子粘合剂激活扰乱酶Xkr4"DOI:10.1038/s41467-023-40934-2编译来源:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1402173.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1402173.htm