【原】Nat Commun丨Stefan Remy团队揭示海马-伏隔核编码指导目标导向的食欲行为

脑声常谈 2024-04-14 发布于上海

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2024年4月12日，莱布尼茨神经生物学研究所Stefan Remy团队在Nature communications杂志发表“A hippocampus-accumbens code guides goal-directed appetitive behavior”，揭示了海马-伏隔编码指导目标导向的食欲行为。

背侧海马（dHPC）是一个空间记忆表达的关键脑区，比如导航到一个习得的奖赏位置。伏隔核（NAc）是dHPC的一个投射靶点，与基于价值的行动选择有关。然而，dHPC→NAc在行为中的急性作用仍在很大程度上未知。作者发现，当小鼠导航到习得的奖赏位置时，光遗传刺激dHPC→NAc通路对空间记忆相关的食欲行为充分的。与其他dHPC神经元相比，dHPC^→NAc亚群包含更多的位置细胞，该亚群也表现出非空间任务相关行为的编码，如减速和食欲。dHPC^→NAc神经元的连接编码增强提高了奖赏区的识别。dHPC通过特定的重构空间和行为状态信息来指导NAc的行动选择。

图1 海马体-伏隔核神经通路是空间奖赏记忆所必需的

为了研究dHPC^→NAc神经元的空间信息编码和目标定向行为，作者对食物限制小鼠进行了头部固定空间奖励学习任务训练。小鼠必须在自行推进的跑步机上运动，穿过一个360厘米长后有6个不同的纹理区域，包括一个没有标记的30厘米长的固定奖励区；舔舐这个区域的喷口会获得一次液体奖励。小鼠接受了5天的训练，它们学会了通过逐步增加它们在奖励区和奖励区前30厘米的“预期区”的舔食来获得更多的奖励。先前的研究表明，dHPC→NAc通路对于空间情境与奖赏期望的习得关联是必要的。为了测试这一通路是否也参与了头部固定目标导航任务中空间奖励记忆的检索，作者将ArchT或EGFP病毒注入NAc，同时在dHPC上方植入光纤。作者观察到在进入奖励区之前，食欲舔食显著减少。接下来将奖赏区和光刺激区移动了180厘米，并在三天的时间内观察动物的学习表现。当对照组小鼠在新奖励区的表现不断提高时，表达Archt的小鼠的学习表现明显更差。这些结果表明，dHPC→NAc通路对于空间奖励记忆的表达和获取都是必要的。

图2 刺激背侧海马-伏隔通路诱导舔舐相关的口腔运动和与运动减速

先前的研究表明，特定的海马锥体神经元的激活可以驱动食欲舔食。为了测试这种因果作用是否可能由dHPC→NAc投射介导，作者将CamkⅡa驱动的ChR2或EYFP注射到dHPC中，并在NAc中植入光纤。小鼠在跑步机上运动并在舔舔嘴后获得奖励后，小鼠进入无标记光刺激区时，给予5 mW的473 nm 20 Hz（5 ms持续时间）脉冲激光长达10秒。发现在刺激开始后不久，表达Chr2的小鼠在刺激后2秒内显示出口腔运动增加，而在表达EYFP的小鼠中没有观察到任何影响。与此相一致，作者还发现ChR2动物在跑步机上运动时减速，而对照组动物没有，刺激该通路增强了空间奖励学习。总之，这些发现表明dHPC→NAc投射可能代表了海马体信息转化为空间目标导向的食欲行为的一种途径。

图3 速度抑制细胞在dHPC→NAc神经元中过度表达

根据之前对海马和海马旁区域的速度编码的分析一致，将每个神经元的钙活性从2 cm/s平均到30 cm/s，并将该活性与速度回归。具有显著回归模型（经过错误发现率校正后）和正斜率的神经元被归类为速度兴奋。作者发现，大约15%的神经元被正调速，dHPC和dHPC^→NAc神经元之间的比例相当。还发现了具有显著的速度回归，但呈负斜率的神经元。大约15%的这种速度抑制神经元，在dHPC^→NAc群体中比例显著更大，这些比例在小鼠之间没有差异。这些结果表明，dHPC神经元活动受到速度等非空间特征的广泛调节，dHPC^→NAc神经元特异性地过度代表了低速。