科学家阐明摄食全过程的序列性神经调控机制 |
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王立平团队利用深度学习算法辅助的行为跟踪与记录系统,对小鼠摄入食物这一阶段中的自发行为开展了细致研究。研究通过深度学习算法识别单帧录像中小鼠的动作,识别出14种特征动作,并通过聚类算法将这些动作划分为8种有意义的行为,进而将这些行为分为摄食、行走和探索环境等三类,并将小鼠在摄入食物这一阶段的自发行为描述为 靠近食物、摄食、离开食物、探索环境 等一系列行为的循环。
研究通过分析不同自发行为过程中的神经元钙反应发现,ARCAgRP神经元在小鼠饥饿,环境中有食物,但小鼠在探索环境而没有去吃的情况下被激活,而在靠近食物和摄食过程中被抑制;LHGABA神经元在小鼠发起摄食行为的时候被激活,激活时间与摄食行为持续时间无关;而DRGABA神经元在摄食过程中持续激活,激活时间与摄食时间成强烈的正相关关系,同时这些神经元在小鼠离开食物探索环境时被抑制。
进一步,研究利用光遗传方法验证了ARCAgRP、LHGABA和DRGABA神经元在小鼠片段化摄食行为中的功能。抑制ARCAgRP神经元会使饥饿小鼠表现出更多的探索环境行为并减少摄食行为,而激活这些神经元,在有食物的情况下会减少探索环境行为而增加摄食行为,但在只有塑料假食物存在的情况下并不影响探索环境行为。先前的研究表明,ARCAgRP神经元编码负性价值。研究由此推测,ARCAgRP神经元的功能是,在饥饿情况下对正在进行的与摄食无关的行为进行限制,由此可以使摄食相关动机占据主导地位,从而帮助发起摄食行为。激活LHGABA神经元会使小鼠表现出强烈的啃咬行为,而抑制这些神经元会导致饥饿的小鼠无法啃咬食物。因此研究推测,LHGABA神经元介导了摄食行为的发起。激活DRGABA神经元会显著延长小鼠的摄食行为,而抑制这些神经元会显著缩短摄食行为,故研究推测DRGABA神经元参与调控摄食行为的维持。因此,ARCAgRP、LHGABA和DRGABA神经元分别调控片段化摄食行为的准备、发起和维持。
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