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《科学》杂志发表郭爱克院士最新研究成果:果蝇价值抉择的神经环路机制

2007-06-29 21:56 张柯、郭建增、彭岳清、奚望 中科院上海生命科学研究院神经科学研究所 阅读 0
核心摘要: 中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所郭爱克院士领导的研究组在《科学》杂志发表最新成果,揭示了果蝇基于价值的抉择的神经环路机制。研究发现,蘑菇体与多巴胺系统协同作用,实现抉择的“门控”、“聚焦”和“放大”,使果蝇在冲突信息下做出非线性抉择。该研究为理解决策的神经基础提供了重要线索。

国际权威学术期刊《科学》于2007年6月29日以报告形式,发表了中科院上海生命科学研究院神经科学研究所郭爱克院士领导的学习与记忆研究组的最新研究成果。该研究揭示了多巴胺和蘑菇体环路如何调控果蝇基于价值的抉择行为,这是该研究组自2001年以来第三次在《科学》上发表研究论文。

研究采用增强子陷阱和上游激活序列(GAL4/UAS)二元表达系统,在特定时间阻断蘑菇体和多巴胺神经元的突触递质释放。结果发现,当相互矛盾的两种线索信息相对差别很大时,转基因果蝇仍能做出明确选择;而当差别较小时,果蝇的选择变得徘徊不定。免疫组化结果显示,多巴胺纤维深入蘑菇体,两个系统解剖学联系紧密。

此项研究是2001年《科学》论文的进一步深化,聚焦于果蝇面临冲突环境时价值抉择的神经环路机制。研究证明:(1)果蝇中央脑的蘑菇体结构和多巴胺系统共同掌控基于价值的抉择,没有二者共同参与的抉择是简单的“犹豫不决”的线性过程,而二者的协同运作使两难抉择成为“当机立断”的“胜者独享”的非线性抉择;(2)果蝇有能力完成系列抉择任务,即在面对新任务时,能放弃前一个选择,转而做出新选择,体现了抉择的“稳定性”与“灵活性”的统一;(3)面对新抉择任务时,需要蘑菇体和多巴胺系统重新快速参与,而一旦进入执行阶段,则不再需要它们。最重要的是,果蝇脑中的蘑菇体可能起到“门控”作用,与多巴胺系统共同实现抉择过程中的“门控”、“聚焦”和“放大”机制,导致非线性的陡峭“S”形曲线。

通过这些实验,研究者期待果蝇小型化脑在其小型认知世界中的简约抉择行为,或许能提供更多关于决策的神经环路和基因信息,并有助于理解某些认知和精神活动的基本原理。

该项研究在郭爱克院士指导下,由张柯、郭建增、彭岳清、奚望组成的研究小组历时五年多完成。研究得到了科技部两个973项目、中科院知识创新工程、基金委重点项目资助。

以颜色和重心作为冲突线索,在飞行模拟器上研究果蝇抉择行为的神经机制

在果蝇脑内,多巴胺和蘑菇体的解剖联系非常紧密

果蝇脑内多巴胺与蘑菇体联系

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