【Science】信息枢纽！前额叶皮层调控清静饮食的神经环路机制
“螳螂捕蝉，，，，，黄雀在后。。。”
《庄子 山木》
图片泉源：搜狗百科
新鲜鲜味的食物会让我们直流口水，，，，，大快朵颐。。。但若是发明食物变质、变馊、变味后，，，，，我们也会连忙阻止进食。。。和我们人类一样，，，，，许多动物会由于多种因素而放弃到手的美食。。。如上文中的螳螂，，，，，它若是发明死后虎视眈眈的黄雀，，，，，便会坚决放弃身前优哉游哉、无忧无虑的鸣蝉。。。
图片泉源：Union of Concerned Scientists
除了直接获守信息之外，，，，，动物们还能通过同伴获取相关信息，，，，，从而判断一种食物是否清静。。。与以视觉为主的灵长类动物差别，，，，，小鼠等啮齿类动物更依赖于它们的嗅觉。。。当小鼠A与吃过气息C食物的小鼠B相遇并交流后，，，，，小鼠A也会偏向于选择气息C的食物，，，，，我们称此征象为食物偏好的社交转达（Social transmission of food preference, STFP）[1]，，，，，其示意图如下[2]。。。
图片泉源：Nature review neuroscience[2]
已往的研究批注，，，，，小鼠获取STFP的嗅觉信息经由嗅球转达至梨状皮层（Piriform cortex, PiC）[3],其进食行为受伏隔核（Nucleus accumbens, NAc）调控[4]。。。然而，，，，，关于上述嗅觉信息怎样整合以调控进食行为，，，，，我们尚未可知。。。
嗅觉系统中梨状皮层的位置
图片泉源：ResearchGate
2019年6月7日，，，，，《Science》杂志在线刊登了瑞士日内瓦大学Christian Lüscher教授的最新主要事情[5]，，，，，他们发明内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex，，，，，mPFC）接受PiC脑区投射以实现嗅觉信息的转达，，，，，并通过投射到NAc的神经元编码进食行为的决议。。。该研究首次展现了编码嗅觉信息决议进食行为的神经环路机制，，，，，极大提高了我们在进食行为与决议行为领域的认知。。。
Christian Lüscher教授
图片泉源：FENS
首先，，，，，简朴先容一下配景。。。剖解学方面，，，，，近期研究显示mPFC被夸奖性信息激活，，，，，并可投射到进食行为相关的NAc脑区[6, 7]。。。行为学方面，，，，，通常情形下小鼠可区分食物中孜然和百里香这两种气息，，，，，并偏向于百里香[8]，，，，，作者将小鼠与食用过孜然味食物的小鼠社交，，，，，以这只小鼠对孜然味食物的偏好性作为STFP的评判指标。。。
为研究投射到NAc的mPFC神经元是否加入STFP，，，，，作者在小鼠NAc注射逆行示踪染料CTB-555，，，，，并使之与食用过孜然味食物的小鼠社交，，，，，24小时后使其在两种味道的食物中做出决议（图1A-B）。。。他们发明小鼠倾向于孜然味食物且mPFC中被激活的CTB阳性神经元数目显著增添，，，，，而社交行为与社交行为激活的CTB阳性神经元数目无差别（图1C-E）。。。
然后，，，，，为研究mPFC-NAc环路在STFP历程中的功效性转变，，，，，作者在Fos-CreERT2小鼠的mPFC中注射AAV-DIO-ChR2，，，，，以4-OHT诱导Cre重组酶表达，，，，，从而使被激活的mPFC表达ChR2（图1F-H）。。。他们电心理纪录NAc中型多棘神经元（MSN），，，，，发明爆发STFP后，，，，，光激活mPFC投射到NAc脑区的纤维末梢引起的兴奋性突触后电流幅度显著增大，，，，，毗连率也显著增添（图1I）。。。
再然后，，，，，为证实投射到NAc的mPFC神经元在STFP历程中的须要性，，，，，作者在小鼠NAc注射逆行表达病毒AAV2rg-Cre，，，，，在mPFC注射AAV-DIO-hM4D，，，，，腹腔注射CNO化学抑制投射到NAc的mPFC神经元，，，，，发明小鼠社交行为后不再倾向于孜然味食物（图1J-L）。。。
综上所述，，，，，投射到NAc的mPFC神经元加入STFP并对此征象的爆发具有须要性。。。
图1 投射到NAc的mPFC神经元加入STFP
22.PiC对投射到NAc的mPFC神经元爆发兴奋性直接投射
上文已知，，，，，投射到NAc的mPFC神经元加入STFP，，，，，那么此类神经元是否接受嗅觉相关脑区PiC的投射以实现嗅觉信息转达呢？？作者就此睁开研究。。。他们使用狂犬病毒逆行示踪要领，，，，，在小鼠NAc注射AAV2rg-Cre，，，，，在mPFC注射辅助病毒与狂犬病毒（图2A），，，，，发明投射到NAc的mPFC神经元的上游脑区主要为丘脑、杏仁核与PiC（图2B-D）。。。
为进一步探讨PiC与投射到NAc的mPFC神经元之间的功效性投射，，，，，作者再次使用光遗传连系电心理要领，，，，，在小鼠NAc注射CTB-555，，，，，在PiC注射AAV-ChR2，，，，，电心理纪录mPFC中CTB阳性神经元，，，，，发明光激活PiC神经纤维既可引起投射到NAc的mPFC神经元爆发兴奋性突触后电流（EPSC）也可引起抑制性突触后电流（IPSC），，，，，其中IPSC延迟较长且可被AMPA受体拮抗剂NBQX阻断（图2E-O），，，，，批注此抑制性投射为间接投射。。。以上效果批注PiC对投射到NAc的mPFC神经元爆发兴奋性直接投射，，，，，也可通过抑制性中心神经元爆发抑制性间接投射。。。
图2 PiC对投射到NAc的mPFC神经元爆发兴奋性直接投射
33.STFP增添PiC对投射到NAc的mPFC神经元的兴奋性输入
相识PiC-mPFC的投射性子后，，，，，作者就其功效睁开研究。。。他们在小鼠NAc注射CTB-555，，，，，在PiC注射AAV-ChR2（图3A），，，，，发明小鼠爆发STFP后，，，，，光激活PiC引起mPFC中CTB阳性神经元爆发的EPSC幅度显著增添，，，，，而IPSC无转变（图3B-D）。。。别的，，，，，小鼠爆发STFP后，，，，，光激活PiC引起mPFC中CTB阳性神经元爆发的EPSC中，，，，，AMPA受体介导的电流与NMDA受体介导的电流比值显著增添，，，，，而整流系数稳固（图3E-F）。。。
以上效果批注，，，，，小鼠爆发STFP后，，，，，PiC到投射到NAc的mPFC神经元的兴奋性投射增强，，，，，且爆发长时程增强（LTP）的可塑性转变。。。
图3 STFP增添PiC对投射到NAc的mPFC神经元的兴奋性输入
4 4.社交历程中抑制PiC-mPFC环路阻碍STFP形成
上文效果显示，，，，，爆发STFP后，，，，，小鼠PiC对投射到NAc的mPFC神经元的投射爆发LTP，，，，，但我们不知其因果关系。。。一种可能的情形为，，，，，STFP由投射LTP爆发；；；；；；另一种情形为，，，，，投射LTP由STFP爆发。。。
因果倒置是科研的常见过失之一，，，，，举个例子：事故现场总会泛起警车，，，，，我们显然不可以为事故由警车引起。。。怎样阻止因果倒置呢，，，，，我们可以做消除实验。。。消除因，，，，，便无果。。。上例中，，，，，我们去掉警车，，，，，发明事故依然爆发，，，，，便知警车并非事故的因由。。。
若想证实STFP由投射LTP爆发，，，，，则需抑制PiC对投射到NAc的mPFC神经元的投射。。。于是作者在小鼠NAc注射CTB-555，，，，，在PiC注射AAV-ChR2与AAV-DIO-hM4D，，，，，在mPFC注射AAV2rg-Cre，，，，，电心理纪录mPFC中CTB阳性神经元，，，，，发明化学抑制投射到mPFC的PiC神经元后，，，，，光激活PiC引起mPFC中CTB阳性神经元爆发的EPSC幅度稳固，，，，，AMPA受体介导的电流与NMDA受体介导的电流比值也稳固（图4A-E）。。。
然后，，，，，作者在小鼠的mPFC注射AAV2rg-Cre，，，，，在PiC注射AAV-DIO-hM4D，，，，，在小鼠社交行为历程中化学抑制投射到mPFC的PiC神经元，，，，，发明小鼠并不爆发STFP（图4F-G）。。。
最后，，，，，作者在小鼠PiC注射AAV-ChR2，，，，，在mPFC埋植光纤，，，，，在小鼠社交行为历程中通过1Hz光激活引起长时程抑制（LTD），，，，，发明小鼠同样不爆发STFP（图4H-I）。。。
综上，，，，，STFP的形成需要PiC-mPFC兴奋性环路的LTP。。。
图4 社交历程中抑制PiC-mPFC环路阻碍STFP形成
总结
清静饮食是人类与动物生涯的须要条件，，，，，人类与灵长类动物主要通过视觉与味觉判断食物的可食用性，，，，，啮齿类动物则更依赖于嗅觉。。。已往研究发明PiC介导嗅觉信息，，，，，NAc编码进食行为，，，，，但嗅觉信息怎样整合并编码进食行为，，，，，我们知之甚少。。。本篇文章连系神经元示踪、光遗传学、化学遗传学、电心理、行为学等要领，，，，，发明投射到NAc的mPFC神经元加入STFP形成且具有须要性。。。别的，，，，，PiC对投射到NAc的mPFC神经元爆发兴奋性投射，，，，，且此投射的LTP对STFP的形成至关主要。。。这项研究阐释了进食决议的神经环路机制，，，，，为UG环球清静饮食提供有力包管！
OBiUG环球生物 一直致力为神经科学研究提供整体研究计划，，，，，从标记、示踪、基因操作、心理操作到视察，，，，，提供病毒包装、动物模子构建、病理研究等一站式效劳。。。用现实验动助力中国脑科学的生长！
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参考文献
1.Bessieres, B., O. Nicole, and B. Bontempi, Assessing recent and remote associative olfactory memory in rats using the social transmission of food preference paradigm. Nat Protoc, 2017. 12(7): p. 1415-1436.
2.Eichenbaum, H., A cortical-hippocampal system for declarative memory. Nat Rev Neurosci, 2000. 1(1): p. 41-50.
3.Al Koborssy, D., et al., Modulation of olfactory-driven behavior by metabolic signals: role of the piriform cortex. Brain Struct Funct, 2019. 224(1): p. 315-336.
4.O'Connor, E.C., et al., Accumbal D1R Neurons Projecting to Lateral Hypothalamus Authorize Feeding. Neuron, 2015. 88(3): p. 553-64.
5.Loureiro, M., et al., Social transmission of food safety depends on synaptic plasticity in the prefrontal cortex. Science, 2019. 364(6444): p. 991-995.
6.Otis, J.M., et al., Prefrontal cortex output circuits guide reward seeking through divergent cue encoding. Nature, 2017. 543(7643): p. 103-107.
7.Euston, D.R., A.J. Gruber, and B.L. McNaughton, The role of medial prefrontal cortex in memory and decision making. Neuron, 2012. 76(6): p. 1057-70.
8.Lesburgueres, E., et al., Early tagging of cortical networks is required for the formation of enduring associative memory. Science, 2011. 331(6019): p. 924-8.
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