乔治城大学医学中心的研究人员发现，大脑学习系统可以根据特定蛋白质的活性而发生改变。他们的研究表明，当这种蛋白质活性增强或减弱时，将提示与奖励结果联系起来的能力也会相应增强或减弱。这一过程有助于决定大脑是会对引导积极行为的信号做出反应，还是会忽略与有害习惯（包括吸烟成瘾）相关的提示。
"我们将特定提示或刺激与积极或奖励性体验联系起来的能力是一种基本的大脑过程，这种能力在成瘾、抑郁和精神分裂症等多种疾病中会被破坏，"乔治城大学医学院药理学与生理学系助理教授、该研究的高级作者Alexey Ostroumov博士表示。"例如，药物滥用会导致对正常学习至关重要的KCC2蛋白质发生变化。通过干扰这一机制，成瘾物质可以劫持学习过程。"
这项研究由美国国立卫生研究院（NIH）资助，已于12月9日发表在《自然通讯》杂志上。
KCC2如何塑造多巴胺活动与奖励学习
研究团队发现，当KCC2蛋白质水平发生变化时，学习过程也可能随之改变。当KCC2水平降低时，多巴胺神经元会更快地放电，这会促进新的奖励关联的形成。这些多巴胺神经元产生并释放多巴胺，这是一种对动机、奖励处理和运动控制至关重要的神经递质。
为了更好地理解这种关系，研究人员研究了啮齿动物的脑组织，并在巴甫洛夫提示-奖励测试中监测了大鼠的行为。在这些经典实验中，一个短暂的声音提醒大鼠糖块即将到来。除了分析KCC2如何影响神经元放电的速率外，研究人员还发现，以协调模式放电的神经元可以以令人惊讶的方式放大多巴胺活动。多巴胺的短暂爆发似乎充当了强大的学习信号，帮助大脑为共享体验赋予意义和价值。
为什么日常提示会引发渴望
"我们的发现有助于解释为什么强大且不受欢迎的联想会如此容易形成，比如当一个总是将早晨咖啡与香烟配对的吸烟者，后来发现仅仅喝咖啡就会引发强烈的吸烟渴望，"Ostroumov指出。"预防即使是相对良性的药物诱导与情境或地点的联想，或恢复健康的学习机制，可以帮助开发更好的成瘾及相关疾病的治疗方法。"
地西泮和其他药物如何影响神经元协调
研究人员还检查了作用于特定细胞受体的药物（包括地西泮等苯二氮䓬类药物）是否可以改变学习过程。早期研究表明，KCC2的产生变化以及神经元活动的变化可以改变地西泮（安定）在大脑中产生镇静效果的方式。当前研究通过表明神经元不仅仅是增加或减少活动，还添加了另一层理解。它们可以协调其放电模式，当这种协调发生时，它们能更有效地传递信息。研究团队发现，在实验中地西泮可以支持这种协调活动。
方法与使用大鼠进行行为测试的重要性
"为了得出我们的结论，我们结合了多种实验方法，包括电生理学、药理学、光纤光度测定法、行为学、计算建模和分子分析，"该研究的第一作者、Ostroumov实验室的博士生Joyce Woo表示。
她解释说，研究的行为部分选择大鼠是因为它们在较长且更复杂的任务中通常比小鼠表现得更一致。它们在奖励学习实验中的可靠性使研究团队能够收集更稳定和有价值的数据。
对脑部疾病和治疗策略的更广泛影响
"我们相信这些发现超越了基础学习研究，"Ostroumov表示。"它们揭示了大脑调节神经元之间通信的新方式。由于这种通信在不同的脑部疾病中可能会出错，我们希望通过对这些中断进行预先防范，或在通信受损时修复正常通信，能够帮助开发针对广泛脑部疾病的更好治疗方法。"
乔治城大学的其他贡献者包括Ajay Uprety、Daniel Reid、Irene Chang、Aelon Ketema Samuel、Helena de Carvalho Schuch和Caroline C Swain。
Ostroumov和他的合著者报告称与本研究无任何个人财务利益关系。
这项工作得到了NIH资助号MH125996、DA048134、NS139517、DA061493，以及脑与行为研究基金会、怀特霍尔基金会和脑研究基金会的资助。
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