Science：驱动好奇心的神经环路新机制
对于动物来说，探索周围的物理和社交环境并对于新颖的物体和个体进行探索，有利于他们寻找新的食物来源，规避风险并更好的探索周围的环境。
目前认为，这种对于新颖物体的探索是由好奇心来驱使的。目前还不清楚是大脑的哪个参与这种新颖探索行为。
先前研究发现，大脑的rostral zona incerta会促进进食行为，但是ZIm（medial zona incerta）对进食行为没有任何影响，其功能也还不确定（只暂时发现参与捕猎行为）。
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在小鼠探索物体或者捕猎时，小鼠会展现出不同的行为，但是在捕猎、探索以及搜寻食物的时候，有很多行为是重叠的（比如接近，嗅闻，撕咬等等），这样就造成研究者对于不同的行为很难区分。
作者首先运用FADC（free-access double-choice）的方法，探究并记录小鼠探索新颖物体和熟悉物体的不同行为及其持续时间，如图所示，小鼠会展现出例如接近（approach）、嗅闻（sniffing）、撕咬（bite）、抓取（grab）、搬运（carry）和躲避（aviod）。
作者将记录的视频逐帧标记，并运用HMM（隐马尔可夫模型）分析，发现小鼠存在不同的探索程度。
作者将从sniffing转变成bite的探索行为划分为深度探索（deep investigate），将不发生这种转变的探索行为划分为浅度探索（shallow investigate）。
另外，作者不仅发现小鼠在探索新颖物体会展现更长时间的sniffing，bite，grab和carry，还发现在新颖物体上展现深度探索的可能性也显著提高。
图一 探索行为的序列，以及ZIm神经元在探索行为中的作用
为了探究ZIm是否参与该过程，作者采用了光遗传技术。激活该脑区的一致性神经元，发现小鼠对于新颖物体的探索时间显著增加，探索深度显著提升，说明ZIm中的抑制性神经元参与这种新颖性行为。
进而为了探索这种行为是否为进食（food-eating）行为或者猎捕（hunting）行为，作者将FADC里的熟悉物体换成了熟悉的食丸（作为food-eating的object）或者熟悉的蟋蟀（作为hunting的object），作者发现，不论是食丸还是蟋蟀，光激活这群神经元还是会使小鼠对于新颖物体的探索时间增多，探索深度提高。以上结果说明，这个行为是一种新颖性相关的探索行为。
为了探究ZIm一致性神经元在这个探索行为中是否必要，作者运用了光抑制的方法。光抑制ZIm中的抑制性神经元之后，作者发现，小鼠对于新颖物体的探索时间显著性下降，探索深度显著性下降。以上结果说明，ZIm的抑制性神经元参与这个新颖性相关的探索行为。
图二 ZIm在社交行为中起到重要作用
接下来，作者好奇ZIm是否会参与社交行为。作者将两个老鼠在空场中社交10min，并将前200s定为Novel阶段，最后200s定为Familiar阶段。作者发现Novel阶段的探索时间和探索深度显著性高于Familiar阶段。
对ZIm光激活会促进探索时间和探索深度，光抑制会降低探索时间和探索深度。所以，ZIm神经元参与社交新颖性的探索。
图三 ZIm在探索中激活，并提高觉醒水平
接下来作者运用钙成像的方法记录探索时，ZIm神经元的活性，发现在深度探索的时候，ZIm神经元的火星显著上升。更有意思的是，作者还发现，ZIm神经元的活性与小鼠的觉醒程度显著性相关。
图四 PL对ZIm的投射在探索行为中起到重要作用
接下来作者尝试寻找参与该行为的上下游神经环路。通过逆行跨突触病毒发现上游来自PL的投射，对该通路进行钙成像记录，光遗传和化学遗传操作后发现该通路对于这种探索行为起到十分重要的作用。
通过逆行性跨突触病毒，发现ZIm对下游的PAG有直接的投射，对该通路进行钙成像，光遗传和化学遗传操作发现，该通路对于这种新颖性相关的探索行为起到关键作用。
图五 ZIm到PAG的投射在探索行为中起到十分重要的作用
接下来作者想要探究是哪群抑制性中间神经元参与这个行为。通过原位杂交发现，ZIm的抑制性中间神经元大部分为TAC+神经元；对不同的中间神经元进行光遗传操作后，作者发现，TAC+神经元是参与新颖性相关的探索行为的关键神经元，其他抑制性中间神经元的影响不大。病毒示踪的实验，也发现TAC+神经元会接收来自PL的投射，以及向下游PAG的投射。
图六 ZIm TAC+神经元主要参与该探索行为
综上所述，作者发现了一种基于觉醒水平的新颖性探索行为，并发现接受PL投射并投射到PAG的ZIm TAC+神经元参与该行为。
图七 好奇性探索行为的大脑基础
A cell type–specific cortico-subcortical brain circuitfor investigatory and novelty-seeking behavior. M. Ahmadlou et al., Science 372, eabe9681 (2021). DOI: 10.1126/science.abe9681
编译作者：大只（brainnews创作团队）