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撰文 | 张 涛
责编 | 叶水送
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每当我们身体缺水时，就会感到口渴，缺水越严重，想喝水的欲望越强，当我们终于能饮上一口甘泉，所有的烦躁就都烟消云散了。
而当神经科学家谈到渴时，就会产生一种“渴望”：大脑是如何编码渴觉的？9月15日，《科学》杂志介绍了著名华人神经生物学家骆利群和光遗传学的开拓者Karl Deisseroth在这一领域的最新发现。
► 骆利群教授和Deisseroth共同揭示渴的神经机制，图片来自sciencemag.org
为何会从事这样的研究？骆利群向《知识分子》表示，“我们原来主要做神经发育，现在主要偏向做系统神经生物学，这就会涉及很多行为实验，要对小鼠进行训练，如不给它们喝水，或不给它们食物，作为动物行为实验的奖罚。用水会相对容易一些，因为水的量比较容易控制。我们在做的时候，发现只要给小鼠水喝，它们的动机和学习能力很强，一旦喝足，这些行为的动机就会降低。于是我们在想，怎样把动物的本能变成动机，让它进行各种学习。由此，开始了这些动机背后的神经机制研究。”
人的大脑中有千亿数量级的神经元，小鼠脑内也有七八千万，这些神经元像电路一样错综复杂的联结在一起，每当有一个行为，负责这种行为的神经元就会被激活，把一种行为所对应的神经元挑选出来，听上去就像是大海捞针。
2013年，骆利群实验室发明了一种新的技术，这种技术利用精巧的基因操作，可使负责某种行为的神经元在人为的控制下永久地带上颜色。在这篇论文中，研究者连续48小时不给小鼠水喝，最终使老鼠脑内负责渴的神经元变成了红色。
其中，研究者最关注一个叫做正中视前核（MnPO）的脑区，在分析之前的研究后，他们认为这个位置可能是渴的大脑环路中的重要的一环。一旦让这些“渴神经元”带上了颜色，便能够利用其波长的特征，将它们分离出来。对从MnPO分离出的神经元的基因转录组进行分析，研究者发现，这一区域负责渴的神经元是谷氨酸能的兴奋性神经元。
骆利群的实验室发明过很多巧妙的技术，帮助神经科学家进行神经环路的研究。在这篇论文里，他们便利用和让神经元带上颜色类似的方法，和光遗传以及钙成像结合起来。从而能够通过光来操作MnPO和渴相关的神经元，以及通过钙信号来记录它们的状态。
研究者发现只要激活MnPO内的渴神经元，不口渴的老鼠也会开始喝水，而如果将口渴的老鼠MnPO内的渴神经元抑制住，口渴的老鼠就不再那么渴望喝水了。更神奇的是，这些神经元还会激发老鼠去“赢得”水。他们训练老鼠，每按1次（或者6次）按钮就会有一滴水的奖励，当激活这些神经元时，老鼠按按钮的次数也会增加，而且是成比例增加的。相反，如果通过按按钮可以让这些神经元不被激活，老鼠就会一直按下去。这说明，这些神经元的激活代表一种负面的情绪，是老鼠想要努力避免的。
那么喝了水之后会如何呢？通过对这些渴神经元进行钙成像记录，研究者发现在喝水的过程中，MnPO的渴神经元的活动性就降低了，而且是在获得水的过程中逐步降低的，而不是在最开始，以及全部喝完后猛的降下来。这说明，MnPO和渴相关的谷氨酸能的神经元编码了渴的程度，它们的活动性越强，机体就越渴，而当喝了水之后，它们的活动性便逐步降了下来。
同期杂志的一篇专门的评论文章认为，这项研究大大推动了对渴的神经生物学的研究。同时，也有很多问题有待接下来进一步地研究，例如，MnPO的渴神经元活动性是如何刺激渴这种感觉的产生的，皮层内的一些脑区是否参与这个过程？
骆利群也表示，“尽管我们找到渴的神经中枢，但是渴的信号怎样传到不同的脑区，怎样跟动机结合起来，并且在渴的刺激下，如何引导特异性的行为产生，目前这些仍不是很清楚。所以我的学生将在全脑范围里面，去找影响渴的行为动机的神经信号。”
最后，骆利群总结道，“这篇论文的第一作者是我和Deisseroth共同指导，他在两个实验室学到了不同的方法，然后结合起来，完成了这项研究。交叉学科带来了诸多优势，在研究中，有了更多的新发现。”
参考资料
Allen WE et al. Thirst-associated preoptic neurons encode an aversive motivational drive. 2017. Science.
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