控制多巴胺釋放的腦路徑可能影響運動控制 | MIT新聞

人腦中的運動控制

在我們的腦袋裡，有一個叫做「紋狀體」的區域，負責控制運動。這個區域會向大腦中的運動神經元發送指令，這些指令有兩條路徑：一條是讓我們開始運動的（「去」），另一條是讓我們停止運動的（「不去」）。

新發現的路徑

麻省理工學院（MIT）的研究人員在一項新研究中發現了另外兩條來自紋狀體的路徑，這些路徑似乎可以調節「去」和「不去」路徑的效果。這些新發現的路徑與大腦中的多巴胺產生神經元相連，其中一條會促進多巴胺的釋放，另一條則會抑制它。

多巴胺的角色

這些路徑透過一群叫做「紋狀小體」的神經元來控制大腦中的多巴胺量，似乎可以改變「去」和「不去」路徑所發出的指令。研究人員表示，這些路徑可能特別影響那些情感成分強烈的決策。

研究背景

麻省理工學院的安·格雷比爾（Ann Graybiel）教授，長期以來一直在研究紋狀體。這個結構位於大腦深處，與學習、決策和運動控制有關。紋狀體內的神經元排列成迷宮般的結構，其中包括格雷比爾在1970年代發現的紋狀小體。經典的「去」和「不去」路徑來自於圍繞紋狀小體的神經元，這些神經元被稱為「基質」。基質細胞接收來自視覺皮層和聽覺皮層等感官處理區域的輸入，然後將「去」或「不去」的指令發送到運動皮層的神經元。

紋狀小體的功能

然而，紋狀小體的功能一直不明。多年來，格雷比爾的實驗室一直在努力解開這個謎團。他們的研究顯示，紋狀小體接收來自處理情感的大腦區域的輸入。在紋狀小體內，有兩種主要類型的神經元，分別稱為D1和D2。在2015年的一項研究中，格雷比爾發現D1細胞會向大腦的多巴胺主要產生中心——黑質發送信號。

D2神經元的發現

追蹤D2神經元的輸出花了更長的時間。在這項新的《當前生物學》研究中，研究人員發現這些神經元最終也會投射到黑質，但它們首先會連接到一組抑制多巴胺輸出的神經元。這條路徑是通往黑質的間接連接，會減少大腦中的多巴胺輸出，並抑制運動。

運動與情感的關聯

研究人員還確認了之前的發現，即來自D1紋狀小體的路徑直接連接到黑質，促進多巴胺釋放並啟動運動。格雷比爾表示：「在紋狀小體中，我們發現了一種可能模仿經典的『去/不去』路徑的機制。它們像經典的運動『去/不去』路徑，但不直接連接到基底神經節的運動輸出神經元，而是連接到對運動和動機非常重要的多巴胺細胞。」

情感決策的影響

這些發現表明，紋狀體如何控制運動的經典模型需要修改，以納入這些新識別的路徑的角色。研究人員現在希望測試他們的假設，即與動機和情感相關的輸入，從皮層和邊緣系統進入紋狀小體，會影響多巴胺水平，從而促進或抑制行動。

未來的研究方向

這種多巴胺的釋放可能特別與引起焦慮或壓力的行為有關。在2015年的研究中，格雷比爾的實驗室發現，紋狀小體在做出高焦慮決策中扮演著關鍵角色，特別是那些高風險但可能有大回報的決策。

瑞典卡羅林斯卡醫學院的神經科學教授斯滕·格里爾納（Sten Grillner）表示：「安·格雷比爾和她的同事早期發現紋狀小體與抑制多巴胺神經元有關。現在他們意外地顯示，另一種紋狀小體神經元會產生相反的效果，並可以發出獎勵信號。紋狀小體因此可以上調或下調多巴胺的活動，這是一個非常重要的發現。顯然，多巴胺活動的調節對我們日常生活中的運動和情緒都至關重要，而紋狀小體在其中起著重要作用。」

研究人員還計劃探索紋狀小體和基質細胞是否以模塊的形式排列，影響身體特定部位的運動控制。拉扎里迪斯（Lazaridis）表示：「下一步是嘗試隔離一些這些模塊，並同時研究屬於同一模塊的細胞，無論它們是在基質還是紋狀小體中，試圖確定紋狀小體如何調節這些模塊的基本功能。」

他們還希望探索紋狀小體的神經迴路如何影響帕金森病，這是影響同一大腦區域的疾病。

這項研究得到了國家衛生研究院（National Institutes of Health）、薩克斯-卡瓦納基金會（Saks-Kavanaugh Foundation）、威廉·N·和伯尼斯·E·班普斯基金會（William N. and Bernice E. Bumpus Foundation）、吉姆和琼·沙丁格（Jim and Joan Schattinger）、霍克·E·譚和K·莉莎·楊自閉症研究中心（Hock E. Tan and K. Lisa Yang Center for Autism Research）、羅伯特·布克斯頓（Robert Buxton）、西蒙斯基金會（Simons Foundation）、CHDI基金會（CHDI Foundation），以及艾倫·沙皮羅和傑拉爾德·阿克斯博姆（Ellen Schapiro and Gerald Axelbaum）BBRF青年研究員獎助金的資助。