大脑纹状体区域的乙酰胆碱局部诱导多巴胺轴突放电, 以10倍的速度触发多巴胺释放. 视频:刘昌亮和帕斯卡空
在日常生活中，当下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司开始做一件事时——比如追赶一块脱落的餐巾或下车——大脑会释放一种叫做多巴胺的化学信使，帮助调节控制这一行为的大脑区域.
多巴胺信号是一个高度复杂的过程, 这也是科学家们渴望了解的，特别是考虑到它在帕金森病等运动障碍中的作用.
现在, 下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司的一个下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司小组发现了大脑释放多巴胺的新机制. 这项下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司在老鼠和老鼠身上进行 3月24日发表于 科学, 表明另一种叫做乙酰胆碱的化学信使可以通过与这些神经元的一部分结合来触发多巴胺神经元的放电，而这些神经元之前并不知道会触发放电.
这些发现揭示了更多关于大脑中乙酰胆碱和多巴胺系统如何相互作用的信息, 并挑战现有的教条，即信号从神经元的一端开始，并流向另一端, 它们促使化学信使的释放.
更具体地说, 下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司表明，神经元的轴突, 传统上被认为是一种产出结构, 也可以发起信号.
如果在进一步的动物下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司和人类下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司中得到证实, 这一发现可能会为治疗帕金森病等疾病提供新的策略, 多巴胺信号被破坏.
“定义多巴胺和乙酰胆碱的相互作用是理解下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司在日常生活中如何产生和调节行为的基础,资深作家说。 帕斯卡空下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司布拉瓦尼克下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司所的神经生物学教授.
发送信号
神经元是一种特殊的神经细胞，在全身发送和接收信号. 信号传递开始于神经元接收化学信号，这些化学信号来自一端被称为树突的分支触须.
下一个, 附近的细胞体——细胞的指挥中心——整合信号来诱导放电, 发送电脉冲, 或者动作电位, 沿着一条长长的路, 被称为轴突的薄突起延伸到细胞的远端. 在那里, 动作电位促使神经递质的释放, 化学信使流向附近的神经元, 将信息从一个细胞传递到下一个细胞.
多巴胺和乙酰胆碱是人体内最重要的神经递质. 它们参与包括自主和非自主运动在内的重要功能的调节, 疼痛处理, 快乐, 情绪, 平滑肌收缩, 血管扩张, 在许多其他方面.
Kaeser和他的团队下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司纹状体, 中枢:大脑中集中的神经元群，整合来自其他大脑区域的输入来调节日常行为. 下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司人员对多巴胺神经元如何, 它们位于大脑的另一个区域, 中脑, 但是有轴突伸入纹状体, 与纹状体沟通，调节其功能.
这个过程的经典模型, Kaeser解释, 多巴胺神经元在中脑的树突中接收化学信号吗, 它们的细胞体将动作电位沿轴突传递到纹状体, 触发多巴胺释放，调节日常行为.
然而，之前的下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司表明，情况并非总是如此. 有时, 乙酰胆碱直接激活纹状体释放多巴胺, 似乎跳过了信号传递过程的几个步骤.
“下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司对此很着迷，因为这是一个非常强大的机制, 但它实际上是如何起作用的——乙酰胆碱是如何触发多巴胺释放的, 这个非常重要的调制器调节纹状体中的指令, 是未知的,凯撒说.
找当地的
在老鼠身上下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司这种现象, Kaeser和他的团队用显微镜分析了纹状体与其他区域分离的脑组织.
他们在组织中发现了多巴胺的火花, 尽管中脑多巴胺神经元的树突和细胞体与其纹状体的轴突被切断.
“这真的很惊人，因为它发生在没有细胞体的情况下, 所以神经元没有自己的指挥中心, and it happens without stimulation; it just happens on its own,凯撒说. “这是自发的局部触发多巴胺释放.”
下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司小组随后确定纹状体中的多巴胺信号比乙酰胆碱信号少, 但每一个多巴胺信号都更强大，并在大脑的更大区域传播——这表明当乙酰胆碱触发局部多巴胺释放时，存在一个传播信号.
在另一组实验中，下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司人员探索了相关的机制. 以往的下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司表明，多巴胺神经元轴突上的多巴胺释放位点很少, 当细胞体产生动作电位时使用哪一种.
Kaeser和他的团队表明，这些相同的部位负责由乙酰胆碱引起的局部多巴胺释放.
下一个, 下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司人员进行了一些实验，他们要么激活乙酰胆碱神经元，要么将一种类似乙酰胆碱的药物直接喷到多巴胺轴突上. 当他们这么做的时候, 乙酰胆碱诱导多巴胺神经元的动作电位，传播信号并促进多巴胺释放.
乙酰胆碱通过与多巴胺神经元轴突上的乙酰胆碱受体结合而启动这些动作电位.
“这确实是机制的核心:它告诉你提供乙酰胆碱足以触发轴突外的动作电位, 所以你不需要神经元的树突,凯撒说.
在最后一组实验中, 下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司小组下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司了老鼠在环境中移动时大脑中的多巴胺和乙酰胆碱信号.
下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司人员发现，这两种信号都与老鼠头部移动的方向有关, 而乙酰胆碱信号的出现恰好在多巴胺信号出现之前.
当下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司人员干扰多巴胺神经元上的乙酰胆碱受体来破坏信号时, 小鼠纹状体中的多巴胺水平下降.
“这提供了这种机制在体内也起作用的证据, 虽然还需要更多的下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司来了解它是如何影响纹状体功能和小鼠行为的,凯撒说.
大局
尽管这种局部机制只是大脑中三种多巴胺神经元放电的一种, Kaeser认为这是一个重要的发现，尤其是因为它挑战了关于神经元如何发送和接收信号的传统思维.
“我认为这项工作最重要的见解是，局部信号系统可以在轴突中启动动作电位, 哪个是输出结构,凯撒说. “这涉及到神经元如何工作的一个非常古老的核心原则.”
这是有可能的, Kaeser补充道, 同样的机制可能在整个大脑的其他轴突中使用, 尤其是那些有乙酰胆碱受体的. “下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司还没有直接的证据, 但我确实认为，基于这项工作，下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司可能需要重新思考神经元如何整合信号.”
“现在下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司有明确的证据表明这种情况正在发生, 下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司可以进一步询问这种类型的信号是否比下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司想象的更普遍. 下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司看到的可能只是冰山一角。 Changliang刘他是HMS的神经生物学下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司员.
Liu想了解为什么需要这种局部多巴胺释放机制, 它比由细胞体启动的多巴胺释放有什么优势.
Kaeser还感兴趣的是，是否有可能通过向轴突和细胞体和树突发送信号来完全逆转多巴胺神经元的方向性. 如果这种逆转能够发生，它将进一步颠覆关于神经元功能的经典观点.
尽管这项下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司是在老鼠身上进行的, Kaeser指出，该机制的组成部分在物种之间是保守的，并且存在于人类中, 这表明这种机制也可能存在.
如果这种机制在人类身上得到证实, 这些发现最终可能会为影响运动的神经退行性疾病的新疗法的发展提供信息, 比如帕金森病.
在帕金森病中, 多巴胺神经元开始分解，多巴胺水平下降, 造成行走困难, 平衡, 和协调, 还有其他症状.
下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司人员或许能找到答案, 例如, 如何利用乙酰胆碱神经元作为纹状体中多巴胺的来源, 一种可以用来恢复下降的多巴胺水平的策略.
“如果下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司能确定多巴胺和乙酰胆碱系统是如何相互作用的, 下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司肯定会更好地理解当你取出多巴胺神经元时会发生什么,Kaeser说，这一步“对于理解和治疗帕金森病非常重要。.”
The study was funded by the NIH (R01NS103484; R01NS083898; NINDS Intramural 下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司计划资助(NS003135), 欧洲下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司委员会, 德国下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司基金会, HMS院长创新创作奖, 哈佛/麻省理工学院联合下载365app-安卓客户端下载-apple app store排行榜-365app手机有限公司基金, 戈登家族奖学金, 获得西安交通大学/中国国家留学基金委博士流动国家奖学金.
其他作者包括Xintong Cai, a visiting graduate student in neurobiology at HMS; Andreas Ritzau-Jost and Stefan Hallermann of Leipzig University; Paul Kramer and Zayd Khaliq of the National Institutes of Health; and Yulong Li of Peking University.
