渴、渴、渴，口渴的神經基礎被發現

渴的神經機制是什麼，為何缺水越嚴重，想喝水的慾望越強，圖片來自faithrxd.org

撰文 張 濤

責編 葉水送

每當我們身體缺水時，就會感到口渴，缺水越嚴重，想喝水的慾望越強，當我們終於能飲上一口甘泉，所有的煩躁就都煙消雲散了。

而當神經科學家談到渴時，就會產生一種「渴望」：大腦是如何編碼渴覺的？9月15日，《科學》雜誌介紹了著名華人神經生物學家駱利群和光遺傳學的開拓者Karl Deisseroth在這一領域的最新發現。

駱利群教授和Deisseroth共同揭示渴的神經機制，圖片截至sciencemag.org

為何會從事這樣的研究？駱利群向《知識分子》表示，「我們原來主要做神經發育，現在主要偏向做系統神經生物學，這就會涉及很多行為實驗，要對小鼠進行訓練，如不給它們喝水，或不給它們食物，作為動物行為實驗的獎罰。用水會相對容易一些，因為水的量比較容易控制。我們在做的時候，發現只要給小鼠水喝，它們的動機和學習能力很強，一旦喝足，這些行為的動機就會降低。於是我們在想，怎樣把動物的本能變成動機，讓它進行各種學習。由此，開始了這些動機背後的神經機制研究。」

通過光刺激小鼠大腦的渴覺中心，可刺激其飲水止渴，視頻來自Allen WEet al. science. 2017.

人的大腦中有千億數量級的神經元，小鼠腦內也有七八千萬，這些神經元像電路一樣錯綜複雜的聯結在一起，每當有一個行為，負責這種行為的神經元就會被激活，把一種行為所對應的神經元挑選出來，聽上去就像是大海撈針。

2013年，駱利群實驗室發明了一種新的技術，這種技術利用精巧的基因操作，可使負責某種行為的神經元在人為的控制下永久地帶上顏色。在這篇論文中，研究者連續48小時不給小鼠水喝，最終使老鼠腦內負責渴的神經元變成了紅色。

其中，研究者最關注一個叫做正中視前核（MnPO）的腦區，在分析之前的研究後，他們認為這個位置可能是渴的大腦環路中的重要的一環。一旦讓這些「渴神經元」帶上了顏色，便能夠利用其波長的特徵，將它們分離出來。對從MnPO分離出的神經元的基因轉錄組進行分析，研究者發現，這一區域負責渴的神經元是谷氨酸能的興奮性神經元。

大腦的正中視前核的腦區影響動物的渴覺，圖片來自sciencemag.org

駱利群的實驗室發明過很多巧妙的技術，幫助神經科學家進行神經環路的研究。在這篇論文里，他們便利用和讓神經元帶上顏色類似的方法，和光遺傳以及鈣成像結合起來。從而能夠通過光來操作MnPO和渴相關的神經元，以及通過鈣信號來記錄它們的狀態。

研究者發現只要激活MnPO內的渴神經元，不口渴的老鼠也會開始喝水，而如果將口渴的老鼠MnPO內的渴神經元抑制住，口渴的老鼠就不再那麼渴望喝水了。更神奇的是，這些神經元還會激發老鼠去「贏得」水。他們訓練老鼠，每按1次（或者6次）按鈕就會有一滴水的獎勵，當激活這些神經元時，老鼠按按鈕的次數也會增加，而且是成比例增加的。相反，如果通過按按鈕可以讓這些神經元不被激活，老鼠就會一直按下去。這說明，這些神經元的激活代表一種負面的情緒，是老鼠想要努力避免的。

那麼喝了水之後會如何呢？通過對這些渴神經元進行鈣成像記錄，研究者發現在喝水的過程中，MnPO的渴神經元的活動性就降低了，而且是在獲得水的過程中逐步降低的，而不是在最開始，以及全部喝完後猛的降下來。這說明，MnPO和渴相關的谷氨酸能的神經元編碼了渴的程度，它們的活動性越強，機體就越渴，而當喝了水之後，它們的活動性便逐步降了下來。

同期雜誌的一篇專門的評論文章認為，這項研究大大推動了對渴的神經生物學的研究。同時，也有很多問題有待接下來進一步地研究，例如，MnPO的渴神經元活動性是如何刺激渴這種感覺的產生的，皮層內的一些腦區是否參與這個過程？

這項研究的兩位通訊作者，駱利群和Desseroth教授

駱利群也表示，「儘管我們找到渴的神經中樞，但是渴的信號怎樣傳到不同的腦區，怎樣跟動機結合起來，並且在渴的刺激下，如何引導特異性的行為產生，目前這些仍不是很清楚。所以我的學生將在全腦範圍裡面，去找影響渴的行為動機的神經信號。」

最後，駱利群總結道，「這篇論文的第一作者是我和Deisseroth共同指導，他在兩個實驗室學到了不同的方法，然後結合起來，完成了這項研究。交叉學科帶來了諸多優勢，在研究中，有了更多的新發現。」

參考資料

Allen WE et al. Thirst-associated preoptic neurons encode an aversive motivational drive. 2017. Science.

製版編輯： 常春藤｜

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