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撰文 | 张    涛

责编 | 叶水送

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对于野外生存的人们，找到水是最紧迫的任务。口渴难耐时，会产生强烈的饮水冲动，这种冲动只有在喝足了水之后才会消散。

如果进行拆解，可以发现这一简单的本能行为涉及到多个方面：渴的感受、发现水源时的期待、喝水时的肌肉控制、饮水之后的满足和渴感的消失…这些过程全部由大脑控制。

两年前，著名华人科学家骆利群和光遗传的开拓者Karl Deisseroth的实验室合作发现下丘脑的一个核团是渴的控制中心，可以编码渴的程度。（渴、渴、渴，口渴的神经基础被发现 | 前沿）

尽管当时找到渴的神经中枢，但是渴的信号怎样传到不同的脑区，如何引导特定的行为产生，仍不清楚。沿着这一问题，两个实验室继续合作，并于2019年4月5在《科学》杂志上发表了最新的成果。

研究者首先不给小鼠水喝使其口渴，接下来会随机给A、B两种气味作为线索，其中A气味之后会给水喝，而B气味则没水，小鼠能够学会这种对应关系。这一过程重复200多次之后，小鼠喝足了水，此时即便是给予A气味，小鼠也不会伸嘴喝水了，因为已经达到了满足的状态。

与此同时，研究者对小鼠神经细胞的电活动进行了系统的记录，他们在21只小鼠的34个脑区一共记录了惊人的24000个神经细胞。

他们发现，每个脑区都有大量的神经细胞的电活动受到了调控（总共接近13000个）。其中有些细胞的电活动和是否口渴的状态有关；有些和不同的气味线索有关，只对A或B起反应；而有些细胞则是和饮水这一具体的行为有关的效应细胞。

每个脑区都存在这3种类型的细胞，但所占的比例不同。这3类神经细胞各司其职，相互配合和影响。当状态为口渴，并检测到预测信号时（气味A），便会激活效应细胞，诱发出饮水行为。而当喝足了水，或者预测信号显示没有水时（气味B），效应细胞不能被激活，也不会产生饮水行为。

图注：一个神经细胞的放电情况。纵坐标代表放电程度，横坐标代表实验重复次数。前面小鼠口渴，细胞放电弱，后面随着实验的进行，小鼠喝到很多次水不再口渴，细胞的放电程度开始显著增加。这说明这一细胞和口渴的状态有关。

为了进一步证明这些神经活动和饮水行为的因果关系，研究者通过光遗传技术人为的控制神经细胞的活动。对于已经喝足了水的小鼠，当激活一个已知的控制渴的脑区后，在行为上，小鼠开始重新启动饮水行为，而所有脑区的神经放电活动也开始向着口渴时的放电模式转变。

图注：一个神经细胞的放电情况。纵坐标代表放电程度，横坐标代表实验重复次数。类似上图，最左边小鼠口渴，细胞放电弱；左中小鼠喝到很多次水不再口渴，细胞放电程度显著加强；中间偏右，激活控制口渴的脑区，细胞类似于最左边口渴时一样放电弱；最右，停止激活，细胞放电重新增加。

通过对大量数据的分析，研究者增加了人们对于从渴到饮水这一过程的理解。让人惊叹的是，即便对于这样一个简单的行为，也牵涉到全脑的活动和运算。以往对一个行为的研究大部分集中于一个或少数的几个脑区，其结果可能会管中窥豹，不能见到全貌。当前的研究可以既见树木，又见森林，从而比较全面的理解大脑如何编码渴相关的行为。

参考资料

1. W. E. Allen et al., Science 10.1126/science.aav3932 (2019). 

2. https://mp.weixin.qq.com/s/O1v6eOitLAjghEg8zIzE1w