动机状态的神经基础

Motivational states, such as food hunger and satiation, influence expression of multiple classes of behaviors so as to coordinate the expression of specific behaviors appropriate for seeking and interacting with a goal. Although growing evidence suggests that neuromodulators, such as peptides and amines, may implement motivational states, how neuromodulators may act on specific elements of neural circuits for multiple behaviors remains poorly understood. We use an experimentally advantageous model system, mollusc Aplysia, to study actions of single neuropeptides on both feeding and locomotion. The Aplysia feeding network has been well described, while partial information about the locomotor network is available. We propose to gain a better understanding about the locomotor circuit. Moreover, we selected three peptides (FCAP, apNPY and SCP) that have been demonstrated to be bioactive in the feeding network, and will examine their actions on the locomotor network. Specifically, earlier work and preliminary experiments suggest that FCAP initiates feeding activity, but it may also suppress locomotor activity, thereby may mediate the suppression of locomotion during active feeding. apNPY and SCP promote rejection responses during the end of a meal, and they may also promote the locomotor activity, thereby may mediate the enhancement of locomotion following a satiating meal. Using a variety of approaches, including electrophysiological, biophysical (voltage clamp), immunohistochemical, and pharmacological techniques, we will examine network, cellular and molecular mechanisms through which the three peptides may act on the locomotor network in order to contribute to the expression of motivational states. This original study will provide a comprehensive understanding of how network, cellular or molecular mechanisms, or some combinations of the three factors may produce distinct effects in different neural circuits that neuropeptides may exert. Because it is well known that some neuropeptides may act on multiple classes of behaviors, and malfunction in motivation may lead to disorders such as obesity and addiction, our study may ultimately help to find better treatment to these disorders.

饿或饱的动机状态可影响多个行为类别的表达以促进对食物的搜寻和摄取，神经调节剂（肽或胺）能执行动机状态，但尚不清楚它们是如何作用于多个行为神经环路中的。我们采用模型系统（海兔）研究单个肽对摄食和位置移动行为的双重作用。目前，摄食网络方面的研究较为成熟，而位置移动环路方面的研究薄弱，这将成为我们研究的重点。对三种肽的实验显示：FCAP引发摄食又抑制位置移动，则可能在摄食时协调对位置移动的抑制；apNPY和SCP增进反刍又促进位置移动，则可能在动物饱食后协调位置移动的启动。用电生理、生物物理、免疫组化、药理等方法，我们将检测这些肽通过何种机制（包括网络、细胞、分子三个层面的机制）作用于位置移动网络，而为动机状态的表达起作用。我们具有原创性的研究，将对三种机制或其某种组合使肽在不同神经环路里产生不同的作用提供全新的认识。动机障碍可导致肥胖症、成瘾症，因此，研究成果对寻找治疗此类疾病的方法或有帮助。

动机性行为的一大标志是动物会根据内在的动机状态的不同表现出不同的行为。而内在动机状态存在差异部分由于其会受神经调质调节，例如神经肽等。此外，动物行为的表达也依赖于神经环路之间的相互作用。此项目中，我们使用具有优势的实验动物模型海兔来研究影响位置移动和摄食行为的神经环路。我们采用分子，细胞，电生理，药理和行为学等多学科交叉的研究方法，研究了影响海兔位置移动和摄食行为的中枢神经系统（即不同的神经节）的结构及作用机制。我们发现了新颖的调节位置移动的运动神经元和中间神经元。这些神经元之间的电偶联可能对产生位置移动相关的蠕动波起着主要的作用。我们也发现了位置移动环路的一些新颖的神经肽及其对环路和行为调节作用。此外，我们更加深入地研究了摄食环路，例如我们发现了一个新的指令神经元，能特异地引发运动程序。和我们之前鉴别的能强烈地引发摄食运动程序的指令神经元不同，它诱发的运动程序很微弱。我们阐释了这个指令神经元作用微弱的原因：即缺乏一种在诱发强烈运动程序的指令神经元中含有的特殊的神经肽。另外，我们鉴别了一些调节摄食环路的新颖神经肽。例如我们在海兔中发现了一种最初在节肢动物中鉴定的神经肽家族，而我们首次证明了这种神经肽能够调节摄食环路的中枢模式发生器。最后，我们发现了海兔谷氨酸囊泡转运体，它能够转运谷氨酸，这是第一次在无脊椎动物中通过实验证明了谷氨酸囊泡转运体的转运功能。这个发现也使得我们鉴定出了一个谷氨酸能的摄食中间神经元，它能利用谷氨酸分别诱发兴奋性的和抑制性的突触后电位。总之，我们在与海兔的位置移动和摄食行为相关的神经环路中有了一系列的新发现（包括调节神经环路的神经肽）。这些工作使我们能够对海兔动机性行为的表达及相互作用进行更加深入的机制研究，同时也充分证明海兔是研究行为神经生物学的优势模型。鉴于在无脊椎动物和脊椎动物中都存在相通的神经环路、突触和分子机制，所以我们的研究具有广泛的意义。