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《細(xì)胞》:這就放棄了?華人科學(xué)家發(fā)現(xiàn),決定放棄這個(gè)重要行為的,竟然是大腦中的“雜役”星型膠質(zhì)細(xì)胞

情感問(wèn)題著實(shí)是十分復(fù)雜的一個(gè)問(wèn)題,像什么“追我的人怎么追一半不追了?”、“我追了好久怎么還一點(diǎn)表示都沒(méi)有?要不要放棄?”之類的問(wèn)題,奇點(diǎn)糕也是見到過(guò)不少。

俗話說(shuō)堅(jiān)持就是勝利,但有時(shí)候及時(shí)止損也十分重要,不然白白花費(fèi)金錢精力不說(shuō),還有可能收獲“頭鐵”、“不撞南墻不回頭”或者“死纏爛打”等的評(píng)價(jià)。放棄常常是一個(gè)很痛苦的決定,而這樣的決定是如何做出的呢?

近日,美國(guó)休斯醫(yī)學(xué)研究所的穆宇博士和Misha Ahrens等,給斑馬魚帶上VR設(shè)備,對(duì)其陷入“困境”后的掙扎進(jìn)行了研究。他們發(fā)現(xiàn),控制斑馬魚放棄掙扎的關(guān)鍵,竟是以往認(rèn)為主要起支撐和營(yíng)養(yǎng)作用的膠質(zhì)細(xì)胞,它們收集了當(dāng)前行為無(wú)效的證據(jù),促使斑馬魚放棄掙扎,停止游動(dòng)。該研究發(fā)表在Cell上[1]。

買過(guò)活魚的朋友可能都有經(jīng)驗(yàn),這魚的掙扎,那是一陣一陣的。拎著魚在路上走著,不定什么時(shí)候就有一股洪荒之力從裝著魚的袋子傳到手上,仿佛要脫手而去。就如同魯迅所說(shuō)的“不在沉默中爆發(fā),就在沉默中滅亡?!保ㄟ@真是魯迅說(shuō)的)

除了魚,許多動(dòng)物在遇到無(wú)法戰(zhàn)勝的困境時(shí),都會(huì)出現(xiàn)習(xí)得性無(wú)助等等類似的“棄療”狀態(tài)[2-4]。畢竟在捕食者嘴里時(shí),保存體力等待時(shí)機(jī),趁其不備突然發(fā)力的逃脫概率,可比一直掙扎,提醒捕食者牢牢咬住自己大多了。

不過(guò),是什么促使動(dòng)物們進(jìn)入這樣一種暫時(shí)的“棄療”的狀態(tài)的?研究人員使用他們開發(fā)的光片顯微鏡技術(shù),對(duì)幼年期,頭部完全透明的斑馬魚,進(jìn)行了單細(xì)胞分辨率的全腦成像。

試驗(yàn)所用VR系統(tǒng)

為了讓小小的斑馬魚進(jìn)入棄療狀態(tài),研究人員們還使用了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR),根據(jù)其尾部運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的電信號(hào),模擬出斑馬魚游動(dòng)時(shí)應(yīng)該看到的畫面。隨后,研究人員切斷了VR的反饋,讓斑馬魚無(wú)論是加速停止還是左拐右拐,看到的畫面都是勻速向前游動(dòng)。

失去了視覺信息的反饋后,這些小斑馬魚不淡定了,它們多次奮力游動(dòng),試圖擺脫困境,隨后又陷入長(zhǎng)時(shí)間的放棄狀態(tài),如此循環(huán)往復(fù)。其中,在進(jìn)入放棄狀態(tài)前,斑馬魚的“掙扎”最為激烈。

即使VR中播放之前斑馬魚游動(dòng)時(shí)記錄的畫面,它們?nèi)阅馨l(fā)現(xiàn)自己看到的運(yùn)動(dòng)和自己的動(dòng)作無(wú)關(guān),同樣會(huì)讓其進(jìn)入放棄狀態(tài)斑馬魚的放棄是看到的東西和自己的運(yùn)動(dòng)解耦造成的!

不過(guò)在放棄狀態(tài)下,斑馬魚并沒(méi)有閑著。它們雖然對(duì)VR中的視覺刺激幾乎沒(méi)有反應(yīng),但控制眼球運(yùn)動(dòng)的外展核神經(jīng)元卻異?;钴S,似乎在不斷轉(zhuǎn)動(dòng)眼球觀察四周尋找機(jī)會(huì)。

斑馬魚

(來(lái)自wikipedia.org)

在光片顯微鏡下,研究人員發(fā)現(xiàn),斑馬魚由積極“掙扎”進(jìn)入放棄狀態(tài)時(shí),全腦神經(jīng)細(xì)胞的平均活動(dòng)減少,而膠質(zhì)細(xì)胞的活動(dòng)在放棄前幾秒開始增加。

無(wú)論是神經(jīng)細(xì)胞還是膠質(zhì)細(xì)胞,在“掙扎”-放棄的循環(huán)中時(shí),其中的鈣濃度和鈣濃度的波動(dòng)都比有視覺反饋,正常游動(dòng)時(shí)要高。尤其是頭幾次狀態(tài)的轉(zhuǎn)換,鈣離子濃度波動(dòng)幅度高,范圍廣,隨后鈣離子濃度波動(dòng)的幅度和范圍都逐漸減少。

在整個(gè)大腦中,星形膠質(zhì)細(xì)胞中的鈣濃度在放棄掙扎前后達(dá)到高峰,尤其是延髓側(cè)部一個(gè)被稱為L(zhǎng)-MO的富含神經(jīng)纖維網(wǎng)的區(qū)域,膠質(zhì)細(xì)胞中鈣的激增最為一致。

此外,斑馬魚陷入粘稠的瓊脂糖時(shí),也會(huì)出現(xiàn)類似的L-MO區(qū)星形膠質(zhì)細(xì)胞活躍。而在有正常視覺反饋,因刺激而非放棄停止游動(dòng)時(shí)卻不會(huì)出現(xiàn)這一區(qū)域的膠質(zhì)細(xì)胞活躍。莫非是這些膠質(zhì)細(xì)胞做出的放棄的決定?

放棄時(shí)斑馬魚神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞(左)和神經(jīng)元(右)的活動(dòng)

要知道神經(jīng)元才是腦中的老大哥,而星形膠質(zhì)細(xì)胞等常常被認(rèn)為只是給神經(jīng)元提供支持和營(yíng)養(yǎng)的輔助細(xì)胞[5]。不過(guò)近百年前就有人提出膠質(zhì)細(xì)胞積極的參與了神經(jīng)活動(dòng)[6],近年來(lái)也有越來(lái)越多的研究佐證了這一點(diǎn)[7],甚至愛因斯坦的大腦中都有多于常人的膠質(zhì)細(xì)胞[8]。難道這些給神經(jīng)元“打雜”的小弟,真的逆襲成為行為的掌控者了?

為了驗(yàn)證這一猜想,研究人員使用雙光子消融技術(shù)精確的殺死了L-MO區(qū)中的膠質(zhì)細(xì)胞消融后,這些斑馬魚在缺乏視覺反饋時(shí),進(jìn)入放棄狀態(tài)的次數(shù)明顯減少了,而對(duì)它們的自由游動(dòng)沒(méi)有什么影響。而使用化學(xué)遺傳學(xué)的方法抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞的功能,也可以減少斑馬魚失去視覺反饋時(shí)的放棄狀態(tài)。

此外,通過(guò)轉(zhuǎn)入TRPV1受體離子通道,人為的控制L-MO區(qū)中膠質(zhì)細(xì)胞的活動(dòng),同樣可以讓斑馬魚進(jìn)入放棄狀態(tài)

真是膠質(zhì)細(xì)胞指導(dǎo)了斑馬魚的行為!

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),斑馬魚延髓后側(cè)的一團(tuán)去甲腎上腺素能神經(jīng),將失敗的信號(hào)傳遞給了星形膠質(zhì)細(xì)胞,由星形膠質(zhì)細(xì)胞統(tǒng)籌整合,向抑制游動(dòng)的GABA能神經(jīng)元發(fā)出指令,做出放棄的決定。

“你可以把星形膠質(zhì)細(xì)胞看作是游泳失敗次數(shù)的計(jì)數(shù)器?!闭撐淖髡吣掠畈┦勘硎荆骸斑@可不是一件簡(jiǎn)單的工作,要告訴魚什么時(shí)候該放棄,神經(jīng)膠質(zhì)必須監(jiān)測(cè)它們的運(yùn)動(dòng)嘗試,記下反復(fù)出現(xiàn)的失敗,然后向身體發(fā)送放棄的信息。”

或許,將來(lái)找到了抑制膠質(zhì)細(xì)胞的方法,讓人煩惱困惑的“追一半不追了”的情況就能近乎消失,變成單戀了。

編輯神叨叨

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