brainwide circuit ကိုဒိုင်းနမစ်၏ Prefrontal cortical စည်းမျဉ်းများနှင့်အကြိုးကို-related အပြုအမူ (2016)

သိပ္ပံ 1 ဇန်နဝါရီလ 2016: Vol ။ အဘယ်သူမျှမ 351 ။ 6268

Doi: 10.1126 / science.aac9698

  1. အမ်မလီအေ Ferenczi1,2,*,
  2. ကယ်လီအေ Zalocusky1,2,*,
  3. Conor Liston3,*,
  4. Logan Grosenick1,2,
  5. အမျိုးသမီး Melissa R. မှူး4,
  6. Debha Amatya1,
  7. Kiefer Katovich5,
  8. Hershel ထာ5,
  9. ဘရိုင်ယန် Patenaude6,
  10. Charu Ramakrishnan1,
  11. ရှင်ပေါလု Kalanithi7,
  12. Amit Etkin6,
  13. ဘရိုင်ယန် Knutson5,
  14. ဂယ်ရီအိပ်ချ်ဂလိုဗာ8,
  15. ကားလ် Deisseroth1,4,9,

ြဒပ်မဲ့သော

ဆုလာဘ်အမြင်နှင့်အတွေ့အကြုံ (anhedonia) ၏ချွတ်ယွင်းစိတ်ကျရောဂါနှင့် schizophrenia အပါအဝင်စိတ်ရောဂါရောဂါများကိုအထောက်အကူပြုနိုင်ပါတယ်သော်လည်းအကျိုးသည်လှုံ့ဆျောမှု, သပ္ပါယ်အပြုအမူတွေကိုမောင်း။ ကျနော်တို့ medial prefrontal cortex (mPFC) hedonic တုံ့ပြန်မှုအုပ်ချုပ်ကြောင်းတိကျတဲ့ subcortical ဒေသများအကြားအပြန်အလှန်ထိန်းချုပ်သောအယူအဆစမ်းသပ်ဖို့ရှာကြံလျက်နေ၏။ ဒေသအလိုက် manipulate ဒါပေမဲ့တကမ္ဘာလုံးကြွက်များတွင်အာရုံကြောလှုပ်ရှားမှုမြင်ယောင်မှ optogenetic အလုပ်လုပ်တဲ့သံလိုက်ပဲ့တင်ရိုက်ခတ်မှုပုံရိပ်အသုံးပြုခြင်းအားဖြင့်ကျနော်တို့ dopamine အာရုံခံဆဲလျဆွ striatal လှုပ်ရှားမှုမောင်းတွေ့ရှိခဲ့, ဒေသအလိုက်တိုးမြှင့်သော်လည်း mPFC စိတ်လှုပ်ရှားဒီ striatal တုံ့ပြန်မှုလျော့နည်းစေခြင်းနှင့် dopaminergic ဆွဘို့အမူအကျင့် drive ကိုဖြစ်စဉ်ကိုတားဆီးပေးပါတယ်။ ဒါဟာနာတာရှည် mPFC overactivity လည်း stably သဘာဝကဆုလာဘ်-လှုံ့ဆော်မှုအပြုအမူတွေကိုဖိနှိပ်ခြင်းနှင့်တစ်ဦးချင်းစီအတွက် anhedonia ၏ဒီဂရီခန့်မှန်းထားတဲ့တိကျတဲ့သစ်ကို brainwide အလုပ်လုပ်တဲ့ interaction က, ဖြစ်ပေါ်သည်။ ဤရွေ့ကားတွေ့ရှိချက်တိကျတဲ့ဝေးကွာသော subcortical ဒေသများအကြား Dynamic interaction ကထိန်းညှိအသုံးပြုပုံ mPFC ဆုလာဘ်-ရှာအပြုအမူ၏စကားရပ် modulates ပေးသောအားဖြင့်တစ်ဦးယန္တရားကိုဖော်ပြရန်။

ဆုလာဘ်-ရှာ modulate မှတစ်လမ်း

ဘယ်ဦးနှောက်ဒေသများကြောင်းကျိုးဆက်စပ်ဆုလာဘ်-related အပြုအမူအတွက်ပါဝင်ပတ်သက်ရှိပါသလဲ Ferenczi et al ။ ပေါင်းစပ် focal, ဆဲလ်အမျိုးအစား-တိကျတဲ့, ဦးနှောက်ပုံရိပ်, အမူအကျင့်စမ်းသပ်ခြင်းနှင့် Vivo electrophysiology အတွက်အတူ optogenetic ထိန်းသိမ်းရေး (Robbins အားဖြင့်အမြင်ကြည့်ပါ) ။ တစ်ဦးနှောက်ဒေသတွင်း၌ midbrain dopamine အာရုံခံတိုးမြှင့်လှုပ်ရှားမှု stimulation အဆိုပါ striatum ကိုခေါ်နှင့်တစ်ဦးချင်းတိရိစ္ဆာန်များကိုဖြတ်ပြီးဆုလာဘ်-ရှာဆက်နွယ်နေကြောင်းခဲ့သည်။ သို့သော်တစ်ဦးဧရိယာ၏မြင့်မားသောစိတ်လှုပ်ရှားဖွယ်အဆိုပါ medial prefrontal cortex dopamine အာရုံခံ၏ဆွနဲ့ dopamine အာရုံခံ၏ဆွရှာသည့်အမူအကျင့် drive ကိုမှနှစ်ဦးစလုံး striatal တုံ့ပြန်မှုလျှော့ချတောင်းဆိုခဲ့သည်။ နောက်ဆုံးအနေနဲ့ medial prefrontal cortex ပိရမစ်ကြီးအာရုံခံ၏စိတ်လှုပ်ရှားဖွယ်ပြောင်းလဲအဖြစ်ကောင်းစွာ anhedonic အပြုအမူသက်ဆိုင်ရာအဖြစ်, အာရုံကြော circuit ကို synchrony ပြောင်းလဲမှုများမောင်း။ ယင်းတွေ့ရှိချက်ပုံရိပ်နှင့်လူ့စိတ်ကျရောဂါ, စွဲလမ်းနှင့် schizophrenia အတွက်စောင့်ကြည့်လေ့လာလက်တွေ့ phenotypes နှင့်ဆင်တူနေသည်။

နိဒါန်း

ဆုလာဘ်ရှာတှေ့အကွုံမြားရန် drive ကိုမျိုးစိတ်ကိုဖြတ်ပြီးထိန်းသိမ်းထားခြင်းနှင့်, နို့တိုက်သတ္တဝါများထဲတွင်ထိုကဲ့သို့သော striatum အဖြစ် subcortical dopaminergic စနစ်များနှင့် limbic အဆောက်အဦများအကြားအပြန်အလှန်ပါဝငျသညျ။ နေသည် စိတ်ရောဂါအခြေအနေအတော်များများဖြတ်ပြီးလေ့လာတွေ့ရှိဤလုပ်ငန်းစဉ်၏ချွတ်ယွင်း, anhedonia ၏လက်တွေ့လက္ခဏာ (ခံစား၏အရှုံး) ဖြစ်ပါသည်။ anhedonia အခြေခံအဆိုပါအာရုံကြောယန္တရားများမသိသောပေမယ် cortical နှင့် subcortical ဆုလာဘ်ဆားကစ်များအကြားပုံမှန်မဟုတ်တဲ့ interaction ကကနေဖြစ်ပေါ်လာနိုင်ပါတယ်။ အဆိုပါ dopaminergic midbrain နှင့် striatum: ကျနော်တို့ medial prefrontal cortex (mPFC) စိတ်လှုပ်ရှား (anhedonia နှင့်အတူဆက်နွယ်နေတဲ့လက်တွေ့အင်္ဂါရပ်) နှစ်ခုဝေးကွာသော subcortical ဒေသများအကြားအပြန်အလှန်ကျော်ဖိနှိပ်ထိန်းချုပ်မှုပြုပြင်မွှငျ့တငျသောအယူအဆစမ်းသပ်ဖို့ရှာကြံလျက်နေ၏။

ကျိုးကြောင်းဆင်ခြင်

လက်တွေ့ပုံရိပ်လေ့လာမှုများစိတ်ကျရောဂါနှင့်အတူလူ့လူနာအတွက် mPFC အတွက်မြင့်မားသောလှုပ်ရှားမှုရှာဖွေတွေ့ရှိပြီ, နှင့်ကုသမှု anhedonic လက္ခဏာတွေ၏ဤ overactivity နှင့်တိုးတက်မှု၏ပုံမှန်နဲ့ဆက်စပ်နေပါတယ်။ ထို့အပြင်လူ့လေ့လာမှုများမျှော်လင့်ခြင်းနှင့်အတွေ့အကြုံကိုဆုချတုံ့ပြန်သောဦးနှောက်၏ဒေသများဖော်ထုတ်ခဲ့ကြ, ဤတုံ့ပြန်မှုစိတ်ရောဂါရောဂါအတွက်နှိမ်နင်းနိုင်ပါသည်။ သို့သော်ဤဆုလာဘ် signal ကိုနှင့်၎င်း၏မော်ဂျူအခြေခံသည့်ယန္တယားများ၏အရင်းအမြစ်ကြောင်းကျိုးဆက်စပ်သရုပ်ပြကြပြီမဟုတ်။ ကျနော်တို့ပြည်တွင်းမှာတကမ္ဘာလုံးကြိုးကိုင်နှင့်များ၏ရည်မှန်းချက်နှင့်တကွ, ကြောင်းကျိုးဆက်စပ်, ကြွက် optogenetics ၏ဆယ်လူလာသတ်သတ်မှတ်မှတ်နှင့်လူ့ neuroimaging သွင်ပြင်လက္ခဏာများသော brainwide လေ့လာတွေ့ရှိချက်များအကြားတစ်ဦးတံတားများကိုအလုပ်လုပ်တဲ့သံလိုက်ပဲ့တင်ရိုက်ခတ်မှုပုံရိပ် (fMRI) နဲ့နာတာရှည်နှင့်စူးရှ optogenetic tools တွေကိုတစ်ဦးကွဲပြားခြားနား set ကိုပေါင်းစည်းကြပါပြီ ဆုလာဘ်-ရှာကြံအပြုအမူ၏စည်းမျဉ်းစည်းကမ်းကိုနားလည်သဘောပေါက်ရန်အာရုံကြောလှုပ်ရှားမှုနေပုံကိုမြင်ယောင်ကြည့်ပါ။

ရလဒ်

ကျနော်တို့ midbrain dopamine အာရုံခံ drives တွေကို၏ဆွ striatal fMRI အသွေးတော်အောက်စီဂျင်အဆင့်ကို-မှီခို (BOLD) လှုပ်ရှားမှုနဲ့ဆုလာဘ်-ရှာအပြုအမူနှစ်ဦးစလုံးကြောင့်သရုပ်ပြ, ကြှနျုပျတို့ကဤတစ်ဦးချင်းစီကိုဖြတ်ပြီးဆက်နွယ်နေကြောင်းဖြစ်ကြောင်းပြသပါ။ ကျနော်တို့ဒါ့အပြင် dopamine အာရုံခံ၏တိတ်ဆိတ်သည့် striatum အတွက်အဖြစ် (ဥပမာ hypothalamus ကဲ့သို့) ကအခြားဦးနှောက်ဒေသများတွင်လှုပ်ရှားမှုဖိနှိပ်နှင့်ရှောင်ရှားခြင်းအပြုအမူမောင်းကိုရှာပါ။ ဆုလာဘ်-ရှာကြံအပြုအမူ၏ဤ bidirectional ထိန်းချုပ်မှုစတင်တည်ထောင်တော်မူပြီးမှ, ငါတို့ထို့နောက် mPFC စိတ်လှုပ်ရှား၏မြင့်ကနေတဆင့်ဒီ circuitry ၏ထင်သည်တုန်လှုပ်မှုတည်းဘို့စမ်းသပ်စစ်ဆေးပါတယ်။ ကျနော်တို့ dopamine မှ striatal တုံ့ပြန်မှုများ၏ဖိနှိပ်မှုအဖြစ် dopamine အာရုံခံဆဲလျဆွနှင့်အခြားသဘာဝအကြိုးလှုံ့ဆော်မှုထွက်ရှာသည့်အမူအကျင့် drive ကိုလေ့လာသည်။ နောက်ဆုံးအနေနဲ့ကျနော်တို့ stably မွငျ့မား mPFC စိတ်လှုပ်ရှားဖွယ်အလှည့်အတွက်တစ်ဦးချင်းစီတိရိစ္ဆာန်များအတွက် anhedonic အပြုအမူကြိုတင်ခန့်မှန်းနိုင်သည့်, corticolimbic BOLD နှင့် electrophysiological လှုပ်ရှားမှု synchronizes ကြောင်းဆန္ဒပြခဲ့ကြသည်။

နိဂုံး

တစ်ပြိုင်နက်တည်းအာရုံကြောလှုပ်ရှားမှု၏ကမ္ဘာလုံးဆိုင်ရာဘက်မလိုက်လေ့လာရေးနှင့်အတူဒေသခံဆဲလ်-တိကျတဲ့ထိန်းချုပ်မှုနဲ့ပတ်သက်တဲ့စမ်းသပ်ချက်ကနေကျွန်တော်တို့ရဲ့တွေ့ရှိချက်, ခြီးမွှောကျသောအခါ, mPFC အတွက်လှုပ်ရှားမှုကသဘာဝဆုလာဘ်ဖိနှိပ်နိုငျသညျ, ထို mPFC အဆိုပါ striatum နှင့်အတူ midbrain dopaminergic interaction ကကျော်အထက်မှအောက်သို့ထိန်းချုပ်မှုပြုပြင်နှင့်ကြောင်းကိုထုတ်ဖေါ် -related အပြုအမူ။ ထို့အပွငျ, ငါတို့ cortical-subcortical အာရုံကြောဒိုင်းနမစ်ဆုလာဘ်အပြောင်းအလဲနဲ့ထိန်းညှိဖို့ဖျော်ဖြေပွဲအတွက်အလုပ်လုပ်သောငှာစောင့်ရှောက်။ ဤအတွေ့ရှိချက်အားလုံးသဘာဝကဆုလာဘ်-related ဇီဝြဖစ်စဉ်များနှင့်အမူအကျင့်ကျွန်တော်တို့ရဲ့နားလည်သက်ရောက်မှုအဖြစ် anhedonia ၏ pathogenesis ရှိသည်။

Optogenetic fMRI manipulate နှင့်တကမ္ဘာလုံးဆုချနှင့်ဆက်စပ်သော brainwide အာရုံကြောလှုပ်ရှားမှုမြင်ယောင်ဒေသအလိုက်ဖို့အသုံးပြုခဲ့ပါတယ်။ လေ့ကြွက်ဟာနိုးပြည်နယ် (ထိပ်ဓာတ်ပုံတွေ) တွင် scan ဖတ်ခဲ့ကြသည်။ ကျနော်တို့ striatal BOLD လှုပ်ရှားမှု dopamine အာရုံခံ၏ optogenetic ဆွတိုးပွားလာခြင်းနှင့် optogenetic အာရုံကြောတိတ်ဆိတ်ခြင်းဖြင့်လျော့နည်းသွားကြောင်းတည်ထောင်ရန်။ ကျနော်တို့ focal ခြီးမွှောကျ mPFC စိတ်လှုပ်ရှား striatal dopamine-သွေးဆောင်လှုပ်ရှားမှုကျော်အထက်မှအောက်သို့ထိန်းချုပ်မှုအားထုတ်ခြင်းဖြင့်ဆုလာဘ်-ရှာကြံအပြုအမူဖိနှိပ်ခြင်းနှင့်တိကျသော corticolimbic ဆားကစ်များအကြား synchrony မောင်းကြောင်းဆန္ဒပြခဲ့ကြသည်။