具有类似幻觉行为的老鼠揭示了精神疾病

产生幻觉的鼠标

根据圣路易斯华盛顿大学医学院的一项研究,一种能让老鼠经历类似幻觉的事件的电脑游戏可能是理解精神病的神经生物学根源的关键。信贷:j·库尔

对老鼠和人类的研究为研究精神疾病提供了新的途径。

这只不起眼的实验室老鼠为我们了解从癌症到糖尿病到其他各种疾病提供了宝贵的线索新型冠状病毒肺炎。但是,当涉及到精神疾病时,实验室老鼠却被边缘化了,因为人们认为它啮齿类动物的思维方式与人类的思维方式太不一样了,无法提供更多关于精神疾病的见解。

然而,一项新的研究表明,人类和老鼠的思维在它们的功能和功能上有着重要的联系。圣路易斯华盛顿大学医学院(Washington University School of Medicine in St. Louis)的研究人员设计了一种严谨的方法来研究幻觉是如何在大脑中产生的,这为开发急需的精神分裂症新疗法提供了一个有希望的切入点。

这项研究上个月发表在《科学》杂志上科学,提出了一种方法来探索精神病的一种典型症状的生物学根源:幻觉。研究人员训练人类和老鼠完成一项基于计算机的任务,让它们听到想象的声音。通过分析任务的表现,研究人员能够客观地测量人和老鼠的幻觉类似事件。这种创新的方法使他们能够研究幻觉背后的神经回路,将精神症状引入对身体其他部位疾病卓有成效的那种科学研究。

高级作者Adam Kepecs博士,神经科学和精神病学教授,医学院BJC调查员说:“人们很容易接受精神病是人类的基本特征的观点,并说,‘忘了老鼠吧’。”“但现在,我们让患有严重精神疾病的人失望。在过去的几十年里,精神病患者的预后并没有明显改善,这是因为我们并不真正了解这种疾病的神经生物学。yabo124动物模型推动了生物医学其他各个领域的进步。在我们找到一个在动物身上建立模型的好方法之前,我们不会在治疗精神疾病方面取得进展。”

当一个人失去与现实的联系时,精神病就会发生。在精神病发作期间,人们可能会产生错误的信念(错觉)或自信地认为他们看到或听到的东西并不会发生(幻觉)。精神病发作可能是严重精神疾病(如精神分裂症或双相情感障碍)的迹象,但没有精神疾病的人也可能经历幻觉等症状。

为了研究幻觉是如何发生的,Kepecs -与冷泉港实验室的第一作者Katharina Schmack,医学博士和他的同事们-设计了一个人和老鼠都能完成的电脑游戏。研究人员播放了一种特殊的声音,受试者通过点击按钮(人)或把鼻子伸进端口(老鼠)来表示他们听到了这种声音。这个任务很有挑战性,因为要用背景噪音来掩盖声音。研究中,人们通过在秤上移动一个滑块来评估自己准确识别真实声音的自信程度;老鼠通过等待奖励的时间来显示它们的信心。当一名受试者自信地报告说他或她听到了一种实际上并没有播放的声音时,研究人员将其称为类似幻觉的事件。

虽然设计简单,但这项任务似乎能进入产生幻觉的大脑回路。在实验中出现更多类似幻觉的事件的人也更有可能经历自发性幻觉——这是通过评估一般人群中精神症状的问卷调查来衡量的——即使没有参与者被诊断出患有精神疾病。

人们的信念和期望会让他们产生幻觉。期待听到某个词会让人们更有可能报告他们听到过这个词,即使这个词并没有被说出来。事实上,之前的研究表明,容易产生幻觉的人特别容易受到这种启动效应的影响。

Kepecs说:“在嘈杂的环境中,人类的语言很难理解。”“我们总是在平衡我们对人类语言的先验知识和我们在理解口语时所听到的东西。你可以很容易地想象,这个系统会变得不平衡,然后突然你就听到了一些东西。”

为了测试老鼠是否也能以同样的方式被启动,Kepecs和同事们通过调整播放声音的频率来控制老鼠的预期。当频繁播放这种声音时,老鼠更有可能自信但错误地报告他们听到了——和人类相似。

为了更好地将小鼠和人类的体验联系起来,研究人员还使用了一种诱导幻觉的药物。氯胺酮可引起视觉和听觉的扭曲,并可引发健康人的精神病发作。在执行任务前服用氯胺酮的老鼠也报告了更多类似幻觉的事件。

在老鼠和人类之间确立了这些关键的相似性之后,研究人员接着研究了幻觉的生物学根源。通过研究老鼠,他们可以利用一系列的技术来监测和控制大脑回路,以弄清楚在类似幻觉的事件中发生了什么。

人们早就知道大脑中的化学物质多巴胺在幻觉中起着作用。出现幻觉的人可以用抑制多巴胺的抗精神病药物来治疗。但是,多巴胺是如何改变大脑回路产生幻觉的,目前还不清楚。

在研究老鼠时,研究人员观察到,多巴胺水平的升高会导致类似幻觉的事件发生,而人为提高多巴胺水平会导致更多类似幻觉的事件发生。这些行为效应可以通过使用抑制多巴胺的抗精神病药物氟哌啶醇来阻断。

Kepecs说:“大脑中似乎有一个神经回路来平衡先前的信念和证据,多巴胺的基线水平越高,你就越依赖先前的信念。”“我们认为,当这一神经回路失衡时,就会出现幻觉,而抗精神病药物会重新平衡它。”我们的电脑游戏可能也有相同的回路,所以类似幻觉的事件反映了回路的不平衡。我们对这种跨物种幻觉研究的计算方法感到非常兴奋,这使我们能够最终探索这种神秘体验的神经生物学根源。”

参考文献:K. Schmack, M. Bosc, T. Ott, J. F. Sturgill和A. Kepecs于2021年4月2日发表的《纹状体多巴胺介导小鼠的幻觉样知觉》科学
DOI: 10.1126 / science.abf4740

资助:Leopoldina(德国科学院)、德国研究基金会、大脑和行为研究基金会、国家精神健康研究所、国家药物滥用研究所

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