【Nature】蜂蜜or苦瓜,你的选择如何做出?
味觉系统是我们享受生活的关键,它帮助我们区分5种味道:酸、甜、苦、咸、鲜(辣是一种痛觉感受)。在舌头和上颚表面,每种味道都有其特异性受体细胞,它们将味觉信号传递到味觉神经节,然后传递到孤束核、脑干臂旁核、丘脑,直到岛叶皮层,完成味觉信息的感受。
脑中调控甜味与苦味的岛叶皮层完全分离,相互之间没有任何交集,我们称之为甜皮层和苦皮层。在小鼠喝水时,激活甜皮层或苦皮层可诱发甜、苦味道,表现在典型的甜、苦味相关行为[1]。
那么,面对甜或苦的时候,你选哪个?
不考虑营养价值,对于蜂蜜和苦瓜,多数人都会选择蜂蜜。因为蜂蜜不仅甜美,还会给我们带来愉悦感;而苦瓜不仅苦涩,还有厌恶感。这便是味道的两个特征——味道本身以及味道带来的愉悦或厌恶。
然而,过去的工作仅发现了负责编码甜、苦味觉的皮层,大脑如何编码甜、苦味觉带来的愉悦感或厌恶感,我们知之甚少。
2018年5月30日,Nature杂志刊登了美国哥伦比亚大学Charles Zuker研究组的最新重要工作[2],他们发现甜皮层与苦皮层投射到杏仁核的不同亚区,并调控相对应的愉悦感或厌恶感。此外,抑制杏仁核脑区后,小鼠不再感受到甜、苦味觉带来的愉悦或厌恶,但仍可区分甜、苦味觉。本篇工作首次揭示味觉影响情绪的神经机制,极大提高了人们对该领域的认知。
我们都知道,甜、苦味觉可带来不同感受。那么,感受的不同是否由甜、苦皮层投射不同引起呢?为研究此机制,作者借助腺相关病毒载体,在甜皮层表达绿色荧光,苦皮层表达红色荧光,并应用清晰无阻碍脑成像计算分析(CUBIC)技术全脑示踪神经元(图1a-b)。
结果发现,在杏仁核区域,甜皮层主要投射到基底外侧杏仁核(BLA),苦皮层主要投射到中央杏仁核(CeA),在后侧BLA也有少量投射(图1c)。
为进一步证实上述结果,作者使用顺行跨突触腺相关病毒AAV1-Cre标记甜皮层或苦皮层,这种病毒可以跨一级突触侵染下游神经元[3]。他们在DIO-tdTomato小鼠(Ai9品系)的甜皮层或苦皮层中注射AAV1-Cre,发现甜皮层下游神经元位于BLA亚区,苦皮层下游神经元位于CeA亚区(图2)。
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大量研究表明,杏仁核是调控偏好、厌恶行为的核心脑区之一,BLA和CeA包含多种类型神经元,可被奖赏性或厌恶性刺激激活。作者提出假设,激活甜皮层-BLA环路可诱发甜味带来的愉悦感,激活苦皮层-CeA环路则引起苦味带来的厌恶感。
为验证此假设,作者在小鼠甜皮层或苦皮层中注射AAV-ChR2,并在BLA或CeA亚区上方埋植光纤。他们发现,在小鼠舔水时光激活甜皮层-BLA环路可诱发小鼠多次大量舔水,而在小鼠舔水时光激活苦皮层-CeA环路致使小鼠立刻终止舔水行为(图3a-d)。
因此,当品尝中性味道时,激活甜、苦皮层-杏仁核环路可产生甜、苦味觉带来的愉悦感与厌恶感。
上文研究指出激活甜、苦皮层-杏仁核环路可诱发甜、苦味觉引起的偏好、厌恶行为,接下来作者想要了解光激活与味觉刺激诱发的喜恶孰强孰弱。他们在甜皮层或苦皮层中注射注射AAV-ChR2,并在BLA或CeA亚区上方埋植光纤。
通常情况下,小鼠倾向于少饮苦水、多饮甜水。但在光激活苦皮层-CeA环路时,即使面对甜水,小鼠依然倾向于少饮;反之,光激活甜皮层-BLA环路时,即便面对苦水,小鼠仍然甘之如饴(图4a-e),表明光激活苦、甜皮层-杏仁核环路可覆盖甜、苦味觉刺激诱发的喜恶。
前文的结果表明杏仁核在味觉诱发的喜恶中起关键性作用,为进一步证实这一点,作者通过化学遗传学或者药理学直接抑制BLA或CeA神经元活动,发现光激活甜皮层不再增加小鼠的进水量;光激活苦皮层也不再减少小鼠的进水量(图5a-f)。此外,通过NBQX药理学抑制杏仁核时,小鼠不再多饮甜水,也不再少饮苦水(图5g-i),表明杏仁核在味觉诱发喜恶中的必要性。
过去的研究表明,抑制甜皮层或苦皮层时,小鼠不再识别甜味或苦味;相反,若激活甜皮层或苦皮层,小鼠会做出典型的甜、苦味觉相关性行为[1]。作者假设味道识别与对应的喜恶由不同脑区调控,即甜、苦皮层负责味道识别,杏仁核负责相应喜恶。若如此,当抑制杏仁核时,小鼠应该依然有能力辨别甜味与苦味。
作者通过两种训练方式来让小鼠报告味觉,“三端口”实验与“通过-不通过”实验。在“三端口”实验中,经过10-14天的学习训练,小鼠学会在不同的端口舔水来分辨味道。在中间端口中,若尝到甜水,小鼠会到左边端口舔水;若尝到苦水或普通水,小鼠会到右边端口舔水(图6a-b)。光激活甜皮层时,大部分小鼠会在左边端口舔水,化学抑制BLA无任何影响(图6c)。在“通过-不通过”实验中,经过15-20个系列的训练,渴觉处理的小鼠尝到苦水时需要继续舔水,而尝到甜水时需立即终止舔水行为(图6d-e),注入NBQX抑制杏仁核并不影响上述行为(图6f)。
综上,抑制杏仁核神经活性并不会影响小鼠对甜味与苦味的分辨,只会影响这些味觉带来的愉悦感与厌恶感。
不同的味道会给我们带来不同的情绪,但是调控味道分辨以及相关情绪的神经机制,我们尚未了解。本文结合全脑神经示踪、AAV1跨突触病毒、光遗传学、药理学等方法,发现甜皮层与苦皮层投射到杏仁核的不同亚区,甜皮层-BLA环路与甜味喜悦感相关,苦皮层-CeA环路与苦味厌恶感相关。此外,抑制杏仁核会减少甜、苦味觉诱发的喜恶行为,但不会影响甜与苦的分辨。
所以,对于蜂蜜与苦瓜的选择,并不取决于蜂蜜和苦瓜的味道,而是取决于皮层到杏仁核的神经环路,也就是我们的情绪。
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参考文献
1 .Peng, Y., et al., Sweet and bitter taste in the brain of awake behaving animals. Nature, 2015. 527(7579): p. 512-5.
2. Wang, L., et al., The coding of valence and identity in the mammalian taste system. Nature, 2018.
3. Zingg, B., et al., AAV-Mediated Anterograde Transsynaptic Tagging: Mapping Corticocollicular Input-Defined Neural Pathways for Defense Behaviors. Neuron, 2017. 93(1): p. 33-47.
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