【Nature】吸烟、手机、游戏上瘾，你缘何无法戒除它们？

吸烟有害健康，手机影响视力，游戏耽误学习，大道理我们谁都懂。可是，为什么我们总是身不由己的趋向这些自己拼命想要戒除的事物呢？要想知其所以然，还需究其根本，晓其机制。只有不乱阵脚，明辨敌情，方能克敌于千里之外。

说起成瘾，其重要表现之一即是强迫性。如同强迫症患者一样，即使反复考虑到事后直拍大腿的后悔情绪，我们也总是情不自禁地点燃香烟，拿起手机，开始游戏。那么，其内因究竟如何呢？

神经生物学方面大量研究表明，这些成瘾性物质均作用于中脑多巴胺系统，引起快乐分子多巴胺的释放[1, 2]。此外，眶额叶皮层（OFC）与背侧纹状体（DS）也扮演重要角色。抑制OFC显著减少可卡因的自给药行为[3]，抑制DS减少惩罚条件下小鼠对可卡因的寻找行为[4]。

尽管多方面线索均指向OFC与DS为成瘾行为的核心，但究其如何调控成瘾者对目标铤而走险的渴求，也就是成瘾行为的强迫性，我们尚未可知。

2018年12月19日，《Nature》杂志刊登了瑞士日内瓦大学C. Lüscher教授的最新重要工作[5]，他们发现OFC到DS产生大量兴奋性投射，改变OFC-DS环路的突触可塑性可双向调控成瘾行为的强迫性。该研究首次发现突触可塑性对成瘾行为强迫性的调控，极大提高了人们对成瘾行为的认知。

结果

1.惩戒条件下小鼠成瘾行为的强迫性

过去研究表明，瘾君子药物成瘾的表征之一即中脑多巴胺释放水平提高。于是，作者使用光遗传多巴胺神经元自刺激（optogenetic dopamineneuron self-stimulation, oDASS）作为研究成瘾的行为学范式，此方法可模拟药物成瘾范式[3, 6]。

他们在DAT-Cre小鼠的腹侧被盖区（VTA）注射AAV-DIO-ChR2，并埋植光纤。小鼠按压活性杆5秒后可触发 30串20Hz蓝光刺激光激活多巴胺神经元，12天可建立oDASS模型（图1a-b）。

建立oDASS模型后，作者通过电刺激（500ms,0.25mA）惩罚小鼠以研究成瘾的强迫性，此刺激强度可阻断糖水成瘾自给药行为[3]。他们发现在第4次惩罚阶段中，根据行为学表现可将小鼠分为两组，第一组在电刺激惩罚条件下依然坚持oDASS，我们称之为坚持者小鼠;第二组在电刺激惩罚条件下大幅减少oDASS，我们称之为放弃者小鼠，坚持者和放弃者小鼠的比率与性别无关（图1c-f）。

后续实验中，作者以惩戒条件下oDASS作为成瘾行为强迫性的行为学表征。

图1 惩戒条件下小鼠成瘾行为的强迫性 （图片来源：Nature）

2.眶额叶皮层到背侧纹状体的投射环路

发现小鼠成瘾行为的强迫性后，作者就其环路水平的神经机制展开研究。已有证据表明眶额叶皮层（OFC）参与成瘾行为的强迫性[3]，于是作者通过顺行示踪方法探究其下游脑区投射谱。他们在OFC注射AAV-Chrimson-tdTomato，发现背侧纹状体（DS）的腹中侧亚区具有大量投射纤维，此投射纤维在同一条喙-尾轴上（图2a）。此外，膜片钳电生理结果表明，OFC到DS腹中侧亚区所有神经元的投射均产生兴奋性突触连接，连接率100%，光激活诱发的兴奋性突触后电流也很大，为400-1000pA；而OFC到DS其它亚区神经元投射的连接率与兴奋性突触后电流均大幅降低（图2b）。

接着，作者通过狂犬病毒逆行示踪方法进一步研究OFC-DS环路。他们在D1R-Cre、D2R-Cre、或PV-Cre小鼠的DS中注射AAV-TVA-mCherry和RVG-eGFP，发现D1R-Cre、D2R-Cre小鼠的OFC中具有大量eGFP 神经元，而PV-Cre小鼠的OFC中鲜有eGFP 神经元（图2c）。此结果表明OFC主要投射到DS中表达多巴胺1型受体（D1R）与多巴胺2型受体（D2R）的神经元，而较少投射到表达小清蛋白（PV）的神经元中。

图2 眶额叶皮层投射到背侧纹状体 （图片来源：Nature）

3.OFC-DS环路参与成瘾行为的强迫性

发现OFC重要下游DS后，作者就其功能学方面展开研究。他们在DAT-Cre小鼠的VTA中注射AAV-Chrimson并植入光纤以建立oDASS范式；在OFC中注射AAV-GCaMP6m，DS脑区埋植光纤。他们发现非惩戒条件下，坚持者与放弃者小鼠OFC-DS环路钙信号均逐渐降低；而在惩戒条件下，放弃者小鼠OFC-DS环路钙信号依然逐渐降低，但坚持者小鼠在压杆前OFC-DS环路钙信号显著上升，表明此环路被激活（图3a-d）。

了解OFC-DS环路参与oDASS后，作者就其必要性展开进一步研究。他们在DAT-Cre小鼠的VTA中注射AAV-ChR2并植入光纤来建立oDASS范式，在OFC中注射AAV-eArchT3.0并植入光纤，发现光抑制OFC会大幅减少惩戒条件下oDASS行为，表明成瘾行为的强迫性降低（图3e-h）。但是，这个效应是瞬时的，第二天小鼠便可恢复成瘾行为的强迫性（图3i）。

在下面两个单元中，我们将看到OFC-DS环路突触可塑性对成瘾行为强迫性的长时程影响。

图3 OFC-DS环路参与成瘾行为的强迫性（图片来源：Nature）

4.OFC-DS环路突触可塑性与成瘾行为强迫性的关系

接下来，作者在DAT-Cre小鼠的VTA中注射AAV-ChR2并植入光纤来建立oDASS范式，在OFC中注射AAV-Chrimson。小鼠经过四天的惩戒条件oDASS训练后，作者通过膜片钳电生理技术记录DS中表达D1R或D2R的神经元（忘记D1R、D2R释义的童鞋可寻找图2上方文字）。他们发现放弃者小鼠D1R或D2R的神经元AMPA受体介导的突触后电流与NMDA受体介导的突触后电流的比值（AMPAR/NMDAR ratio, A/N）显著低于坚持者小鼠D1R或D2R的神经元的A/N，且小鼠成瘾行为的强迫性与A/N成正比（在电生理学中，A/N可视为突触可塑性的表征）（图4a-e）。若小鼠只接受电刺激而未经过oDASS训练，其DS中D1R或D2R的神经元的A/N不变（图4f）。

图4 OFC-DS环路突触可塑性与成瘾行为强迫性的关系( 图片来源：Nature)

5.成瘾行为强迫性的双向调控

上文中，我们了解到OFC-DS环路突触可塑性与成瘾行为强迫性呈正相关。那么，改变OFC-DS环路的突触可塑性是否可双向调控成瘾行为的强迫性？作者就此展开最后的研究。

他们发现20Hz光激活OFC-DS环路可诱导放弃者小鼠与未训练小鼠产生长时程增强效应（LTP），而不能诱导坚持者小鼠产生LTP（图5a），因为坚持者小鼠OFC-DS环路的突触强度已经足够高（图4c-d）。行为学方面，20Hz光激活OFC-DS环路可显著增加成瘾行为的强迫性，且此效应具有持续性（图5b-d）。

接着，他们发现1Hz光激活OFC-DS环路可诱导放弃者小鼠与未训练小鼠产生长时程抑制效应（LTD），而坚持者小鼠的结果不稳定（图5e）,很可能由多巴胺对D1R的作用所致[7]，作者通过D1R拮抗剂SCH23390验证此假设（图5f）。行为学方面，1Hz光激活OFC-DS环路可显著减少成瘾行为的强迫性，此效应同样具有持续性（图5g-h）。

综上，通过不同频率光激活OFC-DS环路可改变其突触可塑性，进而双向调控成瘾行为的强迫性。

图5 OFC-DS环路突触可塑性双向调控成瘾行为的强迫性( 图片来源：Nature)

总结香烟、手机、游戏等各种成瘾行为在日常生活中随处可见，此行为具有不畏困难的强迫性。然而，对于调控此强迫性的神经环路机制，我们知之甚少。本篇文章结合神经示踪、光遗传学、膜片钳电生理、行为学等多种方法筛选出坚持者小鼠与放弃者小鼠，并发现OFC-DS环路参与成瘾行为的强迫性。此外，通过不同频率刺激OFC-DS环路诱发LTP或LTD可双向长期调控成瘾行为的强迫性。这项研究揭示了成瘾行为的强迫性的神经环路基础，为临床戒断各种成瘾物质提供强有力的支持，我们也终将摆脱困扰，熄灭香烟，放下手机，停止游戏！

参考文献

1.Di Chiara, G., et al., Dopamine and drug addiction: the nucleus accumbens shell connection. Neuropharmacology, 2004. 47 Suppl 1: p. 227-41.

2.Luscher, C. and M.A. Ungless, The mechanistic classification of addictive drugs. PLoS Med, 2006. 3(11): p. e437.

3.Pascoli, V., et al., Sufficiency of Mesolimbic Dopamine Neuron Stimulation for the Progression to Addiction. Neuron, 2015. 88(5): p. 1054-1066.

4.Jonkman, S., Y. Pelloux, and B.J. Everitt, Differential roles of the dorsolateral and midlateral striatum in punished cocaine seeking. J Neurosci, 2012. 32(13): p. 4645-50.

5.Pascoli, V., et al., Stochastic synaptic plasticity underlying compulsion in a model of addiction. Nature, 2018. 564(7736): p. 366-371.

6.Brown, M.T., C. Korn, and C. Luscher, Mimicking synaptic effects of addictive drugs with selective dopamine neuron stimulation. Channels (Austin), 2011. 5(6): p. 461-3.

7.Shen, W., et al., Dichotomous dopaminergic control of striatal synaptic plasticity. Science, 2008. 321(5890): p. 848-51.