眼窩前頭皮質と前頭前野に見られる忍耐力

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ビデオ: 前頭前野を活性化させる一番シンプルな方法 2022, 12月
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眼窩前頭皮質と前頭前野に見られる忍耐力
Anonim
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日本の科学者はマウスで実験を行い、脳では、継ぎ目の核に加えて、セロトニン作動系によってそれらに関連付けられたさらに2つの領域が、報酬(つまり、忍耐)を待つかどうかを決定する責任があることを発見しました。前頭前野樹皮の眼窩前頭および内側部分。同時に、これらの領域は、さまざまな方法で可能な報酬に関する情報を処理します。眼窩前頭皮質は待機に費やされた時間を評価し、前頭前野は全体として状況を評価します。研究の結果は、ジャーナルサイエンスアドバンシスに掲載されています。

忍耐、つまり報酬を長時間待つ能力は、動物と人間が変化する環境に適応するのを助ける品質です。体内では、忍耐力は神経伝達物質であるセロトニンによって調節されます。セロトニンはさらに、気分、睡眠と覚醒のサイクル、食欲、衝動的な行動、つまり即時の報酬を受け取るように設計された行動に関与します。

沖縄科学技術大学院大学の宮崎勝彦が率いる神経科学者のグループは、セロトニンがどのように忍耐力を調節するかを長い間研究してきました。科学者たちは、報酬を受け取ることに高い自信があるときに、セロトニンがこの役割で最も効果的であることをすでに発見しています。マウスでの以前の研究はまた、縫合糸の背側核(延髄の領域)におけるセロトニン作動性ニューロンの活性化が将来の報酬の予想と関連していることを示した。この領域からのニューロンは、側坐核、眼窩前頭皮質、および内側前頭皮質などの他の領域に広がり、それらの損傷は衝動的な行動を強めます。しかし、これらの領域が忍耐力をどのように規制しているかは正確には不明のままでした。

見つけるために、宮崎が率いる研究者たちは新しい研究を決定しました。これを行うために、彼らは光遺伝学を使用しました:彼らはセロトニン作動性ニューロンが光感受性タンパク質を発現した27匹の遺伝子改変マウスを取りました。動物の頭に埋め込まれた光ファイバーを通して軸索の末端を光で刺激することにより、神経伝達物質の産生を誘発し、神経活動を増加させることが可能です。科学者たちはまた、15匹のマウスを取りました。これらのマウスにも繊維が埋め込まれていましたが、ニューロンに光感受性タンパク質はありませんでした。

マウスは、壁に穴の開いたケージに入れられた一連の実験に参加しました。マウスが鼻を穴に突っ込んだ場合、音が聞こえ、食べ物がケージに転がり込みましたが、すぐではありませんでした。アクションの6秒後、10秒後に食べ物が届くことがありました。いくつかの実験では、食物は2秒から10秒の範囲のランダムな時間間隔の後に配達されました。同時に、マウスは75パーセントのケースでのみ餌を与えられました。実験中、科学者たちは、セロトニン作動性ニューロンを刺激したかどうかに応じて、マウスが鼻を突いて報酬を待つ時間を評価しました。

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A-実験計画法、B-実験計画法、C-研究対象の脳領域の位置:眼窩前頭皮質(OFC)および背側縫合核(DRN)

側坐核に到達するセロトニン作動性ニューロンの投射の刺激は、待機時間を増加させなかったことが判明した。したがって、脳のこの領域のセロトニンは、おそらく忍耐の調節に役割を果たしていません。反対に、眼窩前頭皮質のセロトニン作動性ニューロンの活動は、被験者が待つ準備ができている時間を増加させ(p = 0、033)、縫合糸の核内の神経伝達物質の刺激と同じくらい効果的でした。結果は時間間隔に依存しませんでした。

前頭前野の内側部分のセロトニン作動性ニューロンの活動により、マウスは辛抱強く待っていましたが、報酬を受け取る時期がわからなかった場合(p = 0.023)、つまりランダムな時間間隔での実験でのみでした。一定の時間(実験に応じて、毎回2、6、または10秒)では、この効果は観察されませんでした。

科学者が従来の動物と遺伝子改変動物の実験結果を比較したところ、後者は平均してはるかに長く待機していることが判明しました。このことから、科学者はセロトニン作動性ニューロンを刺激することがすべてであると結論付けました。これが動物の行動とどのように関連しているかを説明するために、科学者は実験の結果に基づいて数学モデルを構築しました。主なパラメーターとして、セロトニン作動性ニューロンの活性化を伴う報酬の待機時間と、ニューロンの活性化。

このモデルは、マウスの脳が餌の配達時間を予測し、原則として餌を受け取る可能性を推定することを考慮に入れました。時間が経過するほど、報酬が続く可能性は低くなります。セロトニンの放出を刺激すると、この可能性が高まりました。たとえば、報酬が75%の確率でしか得られない場合、確率は75%ですが、セロトニン作動性ニューロンを刺激すると、マウスでこの可能性が94%に上昇しました。セロトニンの効果は、彼らがやりがいのあるテストに参加しているという動物の自信を高めたので、彼らはより長く待った。

モデルはまた、眼窩前頭皮質と内側前頭前野が報酬を予測するために異なる戦略を使用することを示唆しています。最初の領域での情報処理は、費やされた時間の評価に影響を与え、2番目の領域は、時間間隔の分析にあまり特化していないため、繰延報酬の状況の全体的な評価を担当します。次に、脳は、患者であるかどうかを決定するために、さまざまな部門での計算結果を組み合わせる可能性があります。

科学者たちは以前、セロトニンが切断された運動ニューロン軸索の修復を刺激することを示しました-少なくともゼブラフィッシュでは。

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