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裁剪：药明康德内容团队

论文

论文标题：Intrinsic dopamine and acetylcholine dynamics in the striatum of mice

作家：Krok, Anne C., Maltese, Marta, Mistry, Pratik, Miao, Xiaolei, Li, Yulong, Tritsch, Nicolas X.

期刊：Nature

发表时刻：2023/08/09

数字识别码：10.1038/s41586-023-05995-9

节录：External rewards such as food and money are potent modifiers of behaviour1,2. Pioneering studies established that these salient sensory stimuli briefly interrupt the tonic discharge of neurons that produce the neuromodulators dopamine (DA) and acetylcholine (ACh): midbrain DA neurons (DANs) fire a burst of action potentials that broadly elevates DA in the striatum3,4 at the same time that striatal cholinergic interneurons (CINs) produce a characteristic pause in firing5,6. These phasic responses are thought to create unique, temporally limited conditions that motivate action and promote learning7,8,9,10,11. However, the dynamics of DA and ACh outside explicitly rewarded situations remain poorly understood. Here we show that extracellular DA and ACh levels fluctuate spontaneously and periodically at a frequency of approximately 2 Hz in the dorsal striatum of mice and maintain the same temporal relationship relative to one another as that evoked by reward. We show that this neuromodulatory coordination does not arise from direct interactions between DA and ACh within the striatum. Instead, we provide evidence that periodic fluctuations in striatal DA are inherited from midbrain DANs, while striatal ACh transients are driven by glutamatergic inputs, which act to locally synchronize the spiking of CINs. Together, our findings show that striatal neuromodulatory dynamics are autonomously organized by distributed extra-striatal afferents. The dominance of intrinsic rhythms in DA and ACh offers new insights for explaining how reward-associated neural dynamics emerge and how the brain motivates action and promotes learning from within.

节录翻译（由推测打算机步调完成，仅供参考，内容以英文原文为准）：

食品和财富等外部奖励是步履的有劲颐养剂1，2。草创性的沟通证据，这些权贵的嗅觉刺激会顷刻中断产生神经颐养剂多巴胺（DA）和乙酰胆碱（ACh）的神经元的垂危性放电：中脑DA神经元（DANs）发出一系列动作电位，鄙俚升高纹状体中的DA，3，4与此同期，纹状体胆碱能中间神经元（CINs）在引发5，6。这些阶段性响应被合计创造了独有的、时刻有限的条目，激励行动并促进学习7，8，9，10，11。可是，在明确奖励的情况除外，DA和ACh的动态仍然知之甚少。在这里，咱们发现细胞外DA和ACh水平自愿且周期性地波动，频率约为2 Hz在背侧；小鼠纹状体，并保抓与奖励引起的时刻关系疏通的时刻关系。咱们发现这种神经颐养配合不是由纹状体内DA和ACh之间的奏凯相互作用引起的。违反，咱们提供的把柄标明，纹状体DA的周期性波动是从中脑DAN遗传来的，而纹状体ACh瞬态是由谷氨酸能输入启动的，谷氨酸能输入起到局部同步CIN尖峰的作用。总之，咱们的沟通成果标明，纹状体神经颐养能源学是由漫步的纹状体传奇入自主组织的。DA和ACh内在节拍的主导地位为讲明与奖励关联的神经能源学是怎样出现的，以及大脑是怎样激励行动和促进里面学习提供了新的视力。

学习的能源是什么？科学家们通过实验早就发现，食品、财富之类的奖励是促进大脑学习的一种能源，因为获取奖励时大脑会开释更多的多巴胺，这种化学物资让咱们嗅觉很愉悦。

不外，学习的能源并不彻底来自外界奖励。许多时候即使莫得奏凯的奖励，大脑也会主动学习。

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最近，顶尖学术期刊《天然》发表的一篇论文就为咱们揭示了学习能源的本色。纽约大学格罗斯曼医学院的沟通东说念主员通过全心遐想的实验，展示了小鼠的大脑在莫得奖励的情况下也好像一直自主学习。

在实验中，沟通东说念主员给十来只小鼠提供了滚轮，由它们收缩通顺或休息，还常常时地给它们提供饮料当作通顺奖励。在此进程中，沟通东说念主员在这些动物的纹状体（striatum）——在学习新步履的慎重进程中起紧迫作用的脑区——中讹诈荧光探针记载下它们的神经步履，要点是测量两种神经信号分子在不同时期点的开释量。

这两种神经信号分子，一种等于前边提到的多巴胺，另一种是乙酰胆碱（acetylcholine），也与学习和系念斟酌。而况两种神经信号分子有相互竞争的关系，其中一种增多，就会导致另一种分子减少。

即便是选中进入全明星的拉梅洛-鲍尔，近几个赛季也在不断遭遇伤病困扰，上赛季仅出战36场比赛，所以说今年夏天黄蜂给予他5年2.6亿美元的续约合同，也承受了很大的风险。而尽在今年夏天，乔老板再次发功，在他已经以30多亿美元售卖球队之后，还是参与了黄蜂今年今年的选秀工作，最终，球队用榜眼签选择了模板为保罗-乔治的布兰登-米勒！

▲在小鼠背侧纹状体监测多巴胺和乙酰胆碱开释量（图片开始：参考贵寓[1]）

当饮料当作奖励出当前，与想到的雷同，小鼠脑中产生了典型的多巴胺急剧开释和乙酰胆碱暂停开释的方式。

可是，沟通东说念主员还不雅察到，在饮料奖励出现之前，践诺上脑中的多巴胺和乙酰胆碱还是有较大周期的波动。荧光信号显现，不管小鼠是在奔走如故莫得显着感官刺激的休息状况，多巴胺水柔顺乙酰胆碱水平王人会以约莫每秒2次的频率雄起雌伏。

畴前常常合计奖励是学习的动机，因为奖励引发了多巴胺开释，同期这个进程也让乙酰胆碱减少。两种化学物资的均衡俄顷被外皮的奖励刺激摧毁，给了脑细胞一个顺应环境变化的契机。可是，多巴胺-乙酰胆碱具有周期性波动的新发现挑战了畴前这一斟酌学习动机的讲明：大脑似乎自身就有自主学习的身手，而外皮的奖励仅仅讹诈了这一“天性”。

论文通信作家Nicolas Tritsch辅导合计，新的发现或有助于讲明大脑在不需要外部激励的情况下是怎样自行学习和演练的，因为多巴胺-乙酰胆碱的环路可能会触发大脑精采已发生的事件并从中吸取辅导。

天然小鼠大脑在这种自我启动的学习进程中怎样经管信息偶然与东说念主脑彻底疏通，但斟酌学习动机的新机制不错为咱们交融触及多巴胺失调的东说念主类精神疾病提供新的想路。举例抑郁症的一个常见症状是穷乏能源，患者因此连完成起床、刷牙等最基本的任务王人十分难题。沟通作家推测，里面启动系统的浩瀚可能是导致这些问题的起源。为此沟通小组下一步推测打算构建精神疾病动物模子并考试其多巴胺-乙酰胆碱的波动。

参考贵寓：

[1] Anne C. Krok et al., (2023) Intrinsic dopamine and acetylcholine dynamics in the striatum of mice. Nature Doi: https://doi.org/10.1038/s41586-023-05995-9

[2] “Ebb and flow” brain mechanism that drives learning identified. Retrieved Aug. 10, 2023 from https://www.eurekalert.org/news-releases/997670

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