神經(jīng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)各種有動機的行為，如進食、飲水和逃跑，以促進生存和進化適應。盡管不同動機所需的精確行為是多樣的，但接近或回避等共同特征表明，廣泛的動機行為需要共同的大腦基質(zhì)。

近日，美國華盛頓大學成癮、疼痛和情緒神經(jīng)生物學中心Garret D. Stuber在Science發(fā)表重要綜述。文中，作者提出一個機制框架，即先天驅(qū)動的神經(jīng)回路能調(diào)節(jié)腹側(cè)被蓋區(qū)（VTA）多巴胺神經(jīng)元的活動，以加強正在進行或計劃的行動，用來滿足動機需求。這一框架可以解釋為什么VTA多巴胺神經(jīng)元的信號普遍參與許多類型的不同動機行為，以及感覺和內(nèi)感受線索如何啟動特定的目標導向行為。

1. 動機行為的VTA環(huán)路和細胞類型

動機回路的核心是VTA多巴胺神經(jīng)元，它向伏隔核（NAc）發(fā)送密集的投射，以產(chǎn)生動機增益控制和反饋，從而驅(qū)動可重復動作的形成[Fig.1]。多巴胺信號驅(qū)動強化，產(chǎn)生激勵顯著性，編碼與學習相關(guān)的預測錯誤信號，并傳遞因果關(guān)系。VTA多巴胺神經(jīng)元的光遺傳學刺激產(chǎn)生一種通用的動機信號，甚至可以強化任意動作。由于VTA多巴胺神經(jīng)元在大腦中的數(shù)量相對較低，并且反應模式陳舊，因此它們可能會接收到來自多種競爭來源的信息。多巴胺神經(jīng)元需要來自局部和遠端細胞的突觸輸入來調(diào)節(jié)其活動。這創(chuàng)建了一個時間動態(tài)系統(tǒng)，以加強與下游基底神經(jīng)節(jié)回路中的特定動機行為狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的動作。

Figure 1 將進食、飲水和觸摸相關(guān)的神經(jīng)環(huán)路連接到大腦獎賞回路中

VTA中 GABA釋放神經(jīng)元在分子上是不同的，是抑制神經(jīng)元活動、減少獎勵消耗和產(chǎn)生普遍厭惡的主要調(diào)節(jié)因子。VTA的大多數(shù)初級傳入都靶向GABA能和多巴胺能神經(jīng)元。來自外側(cè)韁核（LHb）的興奮性突觸輸入主要作為VTA GABA能神經(jīng)元的興奮性驅(qū)動源，促進厭惡或回避。LHb神經(jīng)元投射到VTA的功能是傳遞厭惡性刺激信息，這可以立即導致多巴胺能活動減少，并導致動物脫離正在進行的行為或促進逃跑行為。LHA和延伸杏仁核的谷氨酸能和GABA能細胞也直接投射到VTA，并主要靶向VTA GABA能神經(jīng)元，以直接雙向控制其活動，間接調(diào)節(jié)多巴胺釋放，并雙向控制動機行為狀態(tài)。

LHA的谷氨酸能神經(jīng)元似乎對獎賞和進食相關(guān)行為產(chǎn)生相反的影響。這些細胞的光遺傳學刺激立即以頻率依賴的方式破壞液體和食物的消耗。同時，LHA谷氨酸能神經(jīng)元在分子上是異質(zhì)的，也由不同的細胞類型組成。總之，LHA細胞類型是大腦中典型獎賞回路的關(guān)鍵輸入，同時也投射到腦干運動區(qū)域，以使多巴胺的釋放與進食所需的腦干運動相一致，如咀嚼[Fig. 2]。

Figure 2 LHA GABA能神經(jīng)元的光遺傳學刺激增強動機，但也會產(chǎn)生與進食相關(guān)的復雜運動模式

2. 調(diào)節(jié)動機行為的穩(wěn)態(tài)信號和環(huán)路

為了將對食物或水的生理需求轉(zhuǎn)化為執(zhí)行進食和飲水行為所需的動機信號，直接對饑餓或口渴做出反應的神經(jīng)元與經(jīng)典的大腦獎勵回路（如VTA、延伸杏仁核和LHA）相連。弓形核中的AgRP神經(jīng)元是饑餓狀態(tài)的關(guān)鍵變阻器。AgRP神經(jīng)元在缺乏食物的情況下活性增加，而當小鼠遇到食物時，這種活性就會降低。同時，AgRP神經(jīng)元的激活產(chǎn)生進食，并促進條件性位置厭惡，這與AgRP神經(jīng)元在傳遞饑餓和潛在的其他厭惡狀態(tài)中的作用一致。AgRP神經(jīng)元活性也因胃內(nèi)熱量輸送而降低，這表明它們是將內(nèi)感受信號從腸道傳遞到大腦的關(guān)鍵節(jié)點。AgRP投射廣泛靶向許多皮質(zhì)下系統(tǒng)；然而，單個AgRP神經(jīng)元傾向于投射到單個大腦區(qū)域，如延伸杏仁核和LHA。

AgRP激活也增強VTA多巴胺能活性和NAc中多巴胺的釋放，但在沒有食物的情況下不會增加多巴胺。因此，AgRP神經(jīng)元可能將與饑餓相關(guān)的生理穩(wěn)態(tài)信號間接傳遞給多巴胺系統(tǒng)，以增強或減少有動機的進食行為。

驅(qū)動飲水動機的渴覺信號通過穹窿下器官（SFO）中表達一氧化氮合酶1（Nos1）的液體滲透壓傳感神經(jīng)元傳遞到VTA?？偟膩碚f，VTA多巴胺神經(jīng)元位于口渴和饑餓感神經(jīng)元的多突觸下游，允許傳入的內(nèi)感覺通過下丘腦調(diào)節(jié)以滿足動機行為的活性。

3. 觸覺和味覺環(huán)路調(diào)節(jié)動機行為

編碼危險、疼痛和味覺厭惡的神經(jīng)系統(tǒng)也調(diào)節(jié)經(jīng)典的大腦獎勵系統(tǒng)來促進行為回避行為。表達降鈣素基因相關(guān)肽（Calca）的PBN神經(jīng)元群體，對疼痛以及與疾病相關(guān)的皮膚和內(nèi)臟刺激的反應中表現(xiàn)出強烈激活。PBN神經(jīng)元與LHA谷氨酸能神經(jīng)元形成單突觸輸入，以減少進食并促進對傷害性刺激的行為回避，推測通過PBNGlutamate→LHAGlutamate→ LHbGlutamate→ VTAGABA→ VTAdopamine環(huán)路調(diào)節(jié)中腦多巴胺系統(tǒng)。此外，編碼傷害性刺激的PBN信號也通過黑質(zhì)網(wǎng)狀部（Snpr）的前饋抑制（PBNGlutamate→ SnRGABA→ VTADopamine）發(fā)送到VTA。厭惡性感官刺激可以間接抑制VTA多巴胺并促進回避，而愉快的感官刺激，如輕微觸摸，可以增加NAc多巴胺的釋放，這表明需要進一步探究皮膚感官獎勵系統(tǒng)。

4. 學習聯(lián)想驅(qū)動動機行為

下丘腦和PBN等結(jié)構(gòu)內(nèi)的基因特異性細胞和回路接收感覺輸入，并調(diào)節(jié)VTA多巴胺神經(jīng)元的活動，以促進動機行為。然而，它們的簡單性并不能單獨解釋學習和其他認知過程（如決策）如何影響大腦獎勵回路。包括海馬體、前額葉皮層和基底外側(cè)杏仁核（BLA）在內(nèi)的皮層結(jié)構(gòu)在環(huán)境刺激和學習關(guān)聯(lián)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。這些區(qū)域內(nèi)的皮層神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)促進了學習信息的輸入、存儲和提取。他們還通過對紋狀體、延伸杏仁核、下丘腦和中腦的興奮性投射來執(zhí)行特定的本能程序。環(huán)境刺激的神經(jīng)編碼與有價值的動機結(jié)果重復匹配，在整個大腦中都有廣泛的編碼，但在眶額頁皮層和前邊緣皮層等區(qū)域富集。

總的來說，島葉和其他感覺皮層通過將各種感覺特征引導到學習和預測腦區(qū)（如前額葉皮層和杏仁核）來指導動機行為，以學習特定驅(qū)動行為相關(guān)的高階和多感覺表征。其反過來又投射到皮層下系統(tǒng)，以執(zhí)行與接近和回避相關(guān)的動機特定的行為模式。

總結(jié)

這種將環(huán)境和內(nèi)感受刺激與特定細胞類型聯(lián)系起來以產(chǎn)生動機行為的神經(jīng)回路框架提出了新的假設(shè)和問題。

首先，該模型表明，VTA多巴胺神經(jīng)元或其他的直接上游腦區(qū)不會表征沒有價值關(guān)聯(lián)的特異性感覺特征。只有當感覺刺激的質(zhì)量隨著時間的推移與獎勵或厭惡的結(jié)果（如熱量飽腹感）相關(guān)時，高度特異性的感覺信息（例如，個體氣味或味道）才能促進多巴胺系統(tǒng)的活動。

其次，當特定的生物需求很高時，進食或飲水等動機行為的神經(jīng)回路可能會動態(tài)調(diào)節(jié)VTA多巴胺系統(tǒng)。這個過程可能需要持續(xù)的環(huán)路適應和可塑性，以便在需求高時優(yōu)先考慮一些系統(tǒng)中的活動，而在需求低時取消優(yōu)先考慮。循環(huán)激素、細胞因子和其他神經(jīng)調(diào)節(jié)劑等信號系統(tǒng)也可能在調(diào)節(jié)回路特異性活動以滿足持續(xù)的生理需求方面發(fā)揮重要作用。

最后，內(nèi)感受信號，如結(jié)節(jié)神經(jīng)節(jié)中迷走神經(jīng)感覺神經(jīng)元的活動，可以驅(qū)動學習和特定的動機行為，但在大腦中，內(nèi)感受和外部線索之間的關(guān)聯(lián)是如何以及在哪里整合的，針對不同類型的動機行為，還需要更深入的研究。

總的來說，對動機行為的大腦回路機制的理解正在向前邁進。繼續(xù)研究和綜合與動機行為相關(guān)的精確細胞類型和回路信息，不僅將加深我們對行為神經(jīng)生物學的理解，還將為各種動機相關(guān)疾病的新干預措施鋪平道路。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1126/science.adh8287

參考文獻

Stuber, Garret D. “Neurocircuits for motivation.” Science (New York, N.Y.) vol. 382,6669 (2023): 394-398. doi:10.1126/science.adh8287

編譯作者：Young（brainnews創(chuàng)作團隊）

校審：Simon（brainnews編輯部）






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