내부 상태를 추적하는 도파민 하위 시스템

Nature 608권, 374~380페이지(2022)이 기사 인용

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측정항목 세부정보

음식과 물은 부분적으로 우리의 내부 요구를 충족시키기 때문에 보람이 있습니다1,2. 복부 피개 영역(VTA)의 도파민성 뉴런은 미각 보상에 의해 활성화되지만 동물이 이러한 구강 신호를 섭취의 지연된 생리적 효과와 연관시키는 방법을 배우는 방법은 알려져 있지 않습니다. 여기서 우리는 VTA의 개별 도파민 뉴런이 특정 섭취 단계에서 영양소나 물의 검출에 반응한다는 것을 보여줍니다. 도파민 뉴런의 주요 하위 집합은 목마른 생쥐가 물을 마신 후 수십 분 후에 발생하는 전신 수화의 변화를 추적하는 반면, 다양한 도파민 뉴런은 위장관의 영양분에 반응합니다. 우리는 체액 균형에 대한 정보가 시상하부 경로를 통해 VTA로 전송된 다음 구강, 위장 및 흡수 후 섭취 단계를 추적하는 하류 회로로 다시 라우팅된다는 것을 보여줍니다. 이러한 신호의 기능을 조사하기 위해 우리는 유체의 구강 및 흡수 후 효과를 독립적으로 조작하고 일시적으로 분리할 수 있는 패러다임을 사용했습니다. 우리는 생쥐가 재수화 능력에만 기초하여 한 유체를 다른 유체보다 선호하는 방법을 빠르게 학습하고 VTA의 도파민 뉴런이 소비 후 선택적으로 침묵하면 이러한 섭취 후 학습이 방지된다는 것을 보여줍니다. 이러한 발견은 중뇌 도파민 시스템이 몇 초에서 수십 분의 시간 단위로 다양한 섭취 양식과 단계를 추적하는 하위 시스템을 포함하고 있으며 이 정보가 섭취의 결과에 대한 학습을 ​​촉진하는 데 사용된다는 것을 보여줍니다.

동물들은 무엇을 먹고 마실지 결정해야 합니다. 이는 식품 공급원의 영양가가 외관상 명확하지 않을 수 있고 섭취 결과가 즉시 명백하지 않기 때문에 어려운 일입니다. 오히려 동물은 섭취 경험을 통해 특정 음식과 액체의 가치를 배워야 합니다. 이를 얻기 위해 노력할 가치가 있는지, 접할 경우 섭취해야 하는지 여부6,7,8. 예를 들어, 많은 동물은 음식에서 대부분의 물을 얻습니다9,10,11,12,13,14,15 따라서 섭취 후 피드백을 통해 어떤 음식 소스가 수분을 보충하는지 학습할 가능성이 높습니다.

보상에 대한 학습의 많은 측면에는 복부 피개 영역 VTA16,17,18,19,20,21(VTA-DA 뉴런)의 도파민성(DA) 뉴런이 포함됩니다. 음식3,4 또는 물4,5의 맛에 반응하여 VTA-DA 뉴런은 관련 신호에 가치를 부여하는 도파민을 방출합니다. 그러나 음식과 물의 맛은 그 자체로 내부 요구(예: 재수화)에 대한 후속 만족을 예측하는 단서이며, 동물이 특정 음식과 액체의 섭취 후 효과에 대해 학습함에 따라 그 가치가 바뀔 수 있습니다1,8,22. 이는 행동의 최종 강화자인 내부 영양소와 체액이 어떻게 도파민 시스템에 표현되어 학습을 촉진하는 데 사용되는지에 대한 의문을 제기합니다.

DA 뉴런이 체액 균형의 내부 변화에 어떻게 반응하는지 조사하기 위해 물 소비 전후의 활동을 기록했습니다. 마우스는 VTA-DA 뉴런(DAT-cre의 발현으로 정의됨, 그림 1a)에서 칼슘 역학의 미세 내시경 이미징을 위해 장비를 갖추고 밤새 물을 빼앗긴 다음 5분 동안 물에 무제한으로 접근할 수 있었습니다. 생쥐는 탐욕스럽게 마셨고 (확장 데이터 그림 1j) 예상대로 많은 DA 뉴런이 핥기에 시간 고정되는 방식으로 일시적으로 활성화되었습니다 4,5 (22 %, 확장 데이터 그림 1b 및 확장 데이터 표 1 및 2). 그러나 우리는 음주 시작 후 10.1 ± 0.6 분의 지연 후에 나타나는 예기치 않은 DA 뉴런 활성화의 두 번째 물결을 발견했습니다 (그림 1b-e 및 확장 데이터 그림 1c-i). 이 지연된 활성화는 많은 DA 뉴런(39%)을 모집했으며 기준선 형광 및 위상 버스트의 증가를 포함했으며 핥는 것과 관련이 없었습니다(물병이 사라졌습니다). 대신, 이는 혈액으로의 수분 흡수에 대해 보고된 시간 경과를 반영하여 전신 재수화 자체가 많은 DA 뉴런의 활성화 지연을 유발한다는 것을 시사합니다.