  上海欣软《动物行为实验手册》正在免费包邮发放中，《动物行为实验指南》是前者的进阶篇，全书预计600页+，内容更加详实严谨，印书版预计9月份完成，获取方式请关注公众号：脑声常谈的后续通知。  外侧苍白球（GPe）通过贯穿整个基底神经节的GABA能投射来协调行动选择。GPe苍白球神经元只投射到背侧纹状体，它调节目标定向和习惯性寻求。然而，GPe弧形神经元在奖赏寻求中的作用尚不清楚。在这里，作者发现大多数弧形神经元以背外侧纹状体为目标。使用纤维光度法发现在随机间隔高于随机比率操作性条件反射。弧形神经元的活动有足够的信息来区分随机间隔（RR）和随机比率（RI）的行为。这种Gpe→DLS回路的基因抑制促进了从目标导向到习惯性行为的转变。相反，化学遗传学激活整体减少了寻求行为，这被全身D1R激动作用阻断。作者的研究结果揭示了这种Gpe→DLS回路在限制雄性小鼠的习惯性寻求中的作用，与成瘾行为和其他强迫症有关。
基于以上背景，2023年7月12日美国梅奥诊所分子药理学和实验治疗学Doo-Sup Choi研究团队在Nature communications发表论文“External globus pallidus input to the dorsal striatum regulates habitual seeking behavior in male mice”，揭示了外苍白球输入到背侧纹状体调节雄性小鼠的习惯性寻求行为。
图一 外苍白球投射的顺行和逆行示踪 为了确定GPe弧形神经元是否优先投射到DMS或DLS，作者将一种顺行病毒注射到GPe中。然后比较了DMS或DLS中突触末端的荧光，与DMS相比，GPe弧形神经元优先投射到DLS上。细胞计数显示，与DMS注射组相比，DLS组的细胞体数量显著增加。为了表征GPe中DLS投射细胞的细胞标记物，将一种逆行示踪病毒注射到DLS中，然后对GPe细胞体与FOXP2或PV抗体的重叠部分进行了成像和量化。发现GPe中大部分DLS投射神经元表达FOXP2，但不表达PV。
图二 测定侧苍白球神经元的Ca2+信号 基于先前的研究结果，GPe弧形神经元对调节背侧纹状体依赖的行为很重要，作者利用GCaMP6来探究在20%蔗糖奖励的目标导向和习惯性行为中，弧形神经元的时间动态变化。将表达GCaMP6s的逆行病毒注入DLS，并记录GPe细胞内Ca2+信号。在贬值测试中，比较贬值条件下的戳鼻行为，RR训练的小鼠在贬值条件下戳鼻减少，表明目标导向奖励寻求。RI训练的小鼠在贬值的情况下没有显示戳鼻减少，这表明习惯性反应。作者还研究了在行动选择时的时间细胞活动是稳定的还是在操作过程期间发生变化。使用回归分析来比较围绕每个特定行为事件的Ca2+信号的变化程度与试验进展之间的关系。在RR任务中，手臂活动只在奖励戳鼻和奖励进入的试验期间增加。总的来说，在试验期间，RI比无奖励鼻戳和奖励进入的速度更高。
图三 SVM模型利用外苍白球烷基苍白球神经元Ca2+动力学预测目标导向和习惯性的奖赏寻求 为了进一步检验神经活动是否包含奖励寻求策略信息，作者运用一种广泛使用的监督机器学习算法，支持向量机以最小的过拟合风险产生稳健的预测，并在分析神经活动数据中显示出了实用性。所有来自RR和RI的试验都被合并在一起，并训练SVM将神经数据分类为RR或RI。GPe标记的Ca2+信号编码越多奖励寻求策略，对SVM的预测越好。为了适应GPe弧形神经元的时间动态，记录了行为事件前后2秒的神经活动。利用其受试者工作特征曲线的曲线下面积、准确性、特异性和灵敏度来估计SVM模型的预测精度。作者的SVM结果显示，所有Ca2+信号都包含了足够的信息来区分RR和RI奖励寻求策略。使用与行为相关的不同的Ca2+输入时间范围证实了SVM分类的有效性。SVM的准确性、敏感性和特异性也显著高于偶然性。虽然没有测量贬值过程中GPeCa2+信号，但考虑到神经活动和奖赏寻求行为都是通过训练逐渐发展的，以上结果表明GPe Ca2+信号传递了目标导向和习惯性行为的行为选择信息。
图四 外苍白球烷基苍白球神经元消除对目标导向和习惯性寻求的影响 为了探究GPe→DLS回路的阻断是否调节定向或习惯性行为，作者使用了caspase3病毒诱导细胞自主死亡。将标记逆行病毒双侧注射到DLS，然后第二次注射caspase3到GPe。证实了mcherry阳性基因的显著减少在caspase组GPe中的神经元。先前的研究表明GPe弧形神经元与运动功能相关，作者检测了GPe弧形神经元的消除是否会导致运动功能障碍。观察到自发运动、速度、活动时间或活动时间没有显著差异，这表明GPe→DLS回路阻断不会改变基本运动功能。在前10 min，旷场试验中心或外围区或进入中心或外围区的时间没有显著变化，表明对动物焦虑样行为没有明显的影响。为了评估背侧纹状体依赖的运动学习，作者使用了一种加速旋转器范式，该范式先前已被证明可以导致DLS依赖的技能习得，结果表明GPe→DLS回路消除可能减缓初始的运动学习而没有长期影响。GPe→DLS回路阻断不会影响操作性恢复寻求任务中的整体性能或获取率。在贬值试验中，RR组的对照组小鼠在贬值状态下的消失阶段鼻戳减少，与目标导向行为一致。GPe→DLS回路功能的缺失促进了从目标导向行为向习惯性行为的转变，习惯性寻求行为不一定与奖励偏好相关。
图五 外侧苍白球神经元的化学激活对习惯性奖赏寻求的影响 为了确定GPe弧形神经元的激活是否可以抑制或逆转RI习惯行为，作者首先运用逆行病毒注入DLS。并按照RI计划训练小鼠。接下来，在野外试验中检测了C21对运动功能的剂量依赖性效应。在矿场试验测试中，没有发现C21浓度对运动能力或焦虑样行为的影响。弧形神经元已被证明抑制多巴胺1受体和多巴胺2受体表达神经元背侧纹状体。没有发现运动行为或焦虑样行为的任何其他差异。与生理盐水注射相比，C21和雷氯必利（D2R拮抗剂）联合减少了鼻戳时间。只有D1R激动剂SKF38393才能阻止C21诱导的寻求行为减少，表明弧激活的行为效应可能主要是通过D1表达dMSNs。 总的来说，作者的研究发现GPe弧形神经元在调节目标导向和习惯性寻求行为中起着关键作用。不仅在目标/习惯塑造过程中显示了GPe活动的不同活动模式，而且对GPe→DLS回路的靶向操纵揭示了抑制奖赏寻求的重要作用。此外， GPe→DLS功能的减弱会抑制DLS活性，并导致在贬值时无法正确抑制奖赏寻求。这些发现可能是治疗成瘾和其他强迫症的一种很有前途的治疗策略。  特别鸣谢 |
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