文 ｜ 《中國科學報》 記者 刁雯蕙
為什么小孩子總是不專注吃飯，邊吃邊玩？這些看似簡單的行為，背後往往有著複雜的神經調控機制。深刻了解不同行為背後的神經學原理，有助於我們理解大腦的生物學基礎。
中國科學院深圳先進技術研究院（以下簡稱深圳先進院）腦認知與腦疾病研究所、深港腦科學創新研究院王立平團隊，3月15日在《神經元》發表的關於大腦精細調控進食行為全過程的最新研究成果，對上述問題進行了解答。
「吃飯」行為不簡單
對於人和動物而言，進食是關乎生存的頭等大事。物種在複雜多變的自然環境中，既要敏銳地發現食物線索，又要時刻提高警惕關注環境變化。經過億萬年的進化，自然選擇塑造出物種精妙的進食行為策略，並固化到了大腦保守的「古老」結構中。
受研究手段的限制，過去，研究者們大多只用「吃了多少」（即進食量）這一指標作為研究進食行為的「秤」。如今，人類已發現大腦中數十個腦區的多種神經元都可以控制動物「吃得更多或更少」，但對大腦各個腦區多類神經元之間是如何協同工作以確保進食行為全過程順利進行的，科學家們並不清楚。
王立平團隊在實驗中發現，小鼠的進食行為並不是簡單的「吃飯吃到飽」。一整天沒吃東西的小鼠，即使很餓，也無法持續專注地「好好吃飯」。與人類幼兒相似，它們在進食過程中表現出了「邊吃邊玩」的特點。因此，對進食行為的科學描述，應該更加傾向於是一個「循環的行為序列」，而不僅僅是「進食量」這個單一變量。
研究團隊首先建立了深度學習算法輔助的行為記錄與分析系統，在此基礎上對小鼠進食行為進行了精準描述，即小鼠的進食行為是片段化的，「靠近食物、進食、離開食物、探索環境」等一系列行為會循環出現。
「人類在固定的時間吃飯，是社會化訓練的結果，但幼兒在學習獨立進食過程中，大多表現為『邊吃邊玩』。事實上，出於社交或其他動機，成人在進食過程中同樣會不斷關注周圍環境，而不會一直專注於食物本身。」論文第一作者、深圳先進院助理研究員劉清晴解釋道。
大腦對「吃飯」的精細調控
下丘腦弓狀核中的刺鼠相關蛋白神經元（ARCAgRP神經元）、外側下丘腦的γ-氨基丁酸神經元（LHGABA神經元）和背側中縫核中的γ-氨基丁酸神經元（DRGABA神經元）是三類已知的可促進進食的神經元。
為了釐清這些神經元在進食過程中的分工，研究團隊分析了這些神經元在進食過程中的神經（鈣信號檢測）反應模式，發現這三類神經元被依次激活，循環反應。具體表現為：在小鼠飢餓、環境中有食物，但小鼠在探索環境而沒有去吃的情況下，ARCAgRP神經元被激活；在小鼠靠近食物和進食過程中，ARCAgRP神經元被抑制，LHGABA神經元和DRGABA神經元被激活。其中，LHGABA神經元僅在進食行為發起時被激活，而DRGABA神經元會在進食過程中被持續激活。當小鼠離開食物並探索環境時，DRGABA神經元被抑制。
研究團隊進一步用光遺傳學方法驗證了這些神經元的功能，發現ARCAgRP神經元會在飢餓情況下對正在進行的與進食無關的行為進行限制，由此使進食相關動機占據主導地位，從而幫助發起進食行為；LHGABA神經元介導了進食行為的發起；DRGABA神經元則與進食行為的維持有關。
研究團隊首次詳細描述了動物進食與非進食行為循環出現的「片段化進食」行為特徵。三類神經元依次發揮功能，一方面保證了動物攝取食物的效率，另一方面使動物保持了對環境的警覺。
為攝食障礙疾病研究帶來新思路
攝食障礙是一類精神疾病，其最直接的表現是進食行為異常。所謂進食行為異常，包括暴食症、神經性厭食症等。世界衛生組織的統計數據顯示，2022年中國成年人肥胖比例達到了16%，歐美一些發達國家的肥胖比例更是超過了30%，為社會經濟發展帶來了很大的挑戰。神經性厭食症多發於青少年女性，發病率在0.3%~1%。此外，焦慮、抑鬱等情緒障礙性疾病也常伴有進食行為的異常。
由於人們對攝食障礙疾病發病機理的認識還不夠清楚，目前對這類疾病的治療在很大程度上是「頭痛醫頭，腳痛醫腳」，許多患者會出現病程的反覆，難以獲得有效治療。因此，對進食行為及其神經調控機制進行詳細解析非常重要。
中國科學院院士、精神病學與臨床心理學家陸林認為，該研究把對進食行為本身的描述及其背後神經生物學機制的解析提升到一個新高度，有望為針對神經性厭食症、暴食症等攝食障礙疾病的研究提供新的科學思路和潛在的干預靶點。
中國科學院院士、神經生物學家段樹民指出，王立平課題組藉助深度學習的方法對動物進食過程中的各種自發行為作了客觀精準的描述，並在此基礎上發現了調控進食行為的準備、發起和維持的神經反應序列，為精準解析特定複雜行為背後的神經學原理提供了全新研究思路。
論文通訊作者王立平則介紹說，該研究對連續行為神經調控序列的精細解碼，將有助於新類腦計算模型的建立，並應用於實驗動物和人類的行為監測，為人工智慧輔助的行為預判提供新的理論指導。
相關論文信息：
https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.02.025