《Neuron》为什么饿的时候更爱冒险？哈佛团队揭示饥饿通过抑制纹状体尾部多巴胺信号增强探索的神经机制

热量消耗会引发行为改变，帮助动物寻找食物并恢复其稳态平衡。饥饿会增加探索和冒险行为，使动物即使面临风险也能觅食；然而，尚不清楚是哪些神经系统协调了此类行为适应。

基于此，2025年10月5日，哈佛医学院神经生物学系霍华德·休斯医学研究所Bernardo L. Sabatini研究团队在Neuron杂志发表了“Hunger modulates exploration through suppression of dopamine signaling in the tail of the striatum”揭示了饥饿通过抑制纹状体尾部的多巴胺信号传导来调节探索行为。

作者研究了饥饿如何重构动物的自发行为以及其对新物体的定向探索。发现饥饿引起的探索行为变化伴随着纹状体尾部（TOS）多巴胺信号的调节，并且正是由这种调节所导致。TOS中的多巴胺信号又通过下丘脑弓状核中促黑素细胞皮质激素相关肽（AgRP）神经元的活动受到饥饿的调控。这些AgRP神经元是所谓的“饥饿神经元”，通过外侧下丘脑与TOS形成多突触连接。因此，作者阐明了下丘脑系统如何调节多巴胺能神经环路，从而介导饥饿状态下探索行为的改变。

图一 饥饿会改变自发的、在旷场中的探索行为

为了研究饥饿如何调节探索行为，作者采用了一种两阶段的开放式新物体探索（NOE）实验。实验中，小鼠被分为食物受限（饥饿）组和自由进食（饱足）组。在将一个物体放置于场地某一区域之前，让小鼠在空旷的场地内自由探索两天。通过上方摄像头记录小鼠的运动和姿态并使用运动序列分析法（MoSeq）进行分析。MoSeq是一种无监督算法，可将连续的动物行为分割为具有特征性的、离散的“音节”。

通过分析这些“音节”如何转换，可以了解行为的规律性。转换的“熵值”越高，行为越随机、多变；熵值越低，行为越刻板、重复。

结果表明，整体行为更刻板：无论是空旷场地还是有新物体的环境，饥饿小鼠的行为序列变化更少（熵值更低），说明它们的行为更固定、重复。饱足小鼠看到新物体后，行为变得更杂乱（熵值升高），说明新物体打乱了它们原本的行为模式。饥饿小鼠看到新物体后，行为模式基本不变（熵值不变），说明它们不太受新物体干扰。

饥饿让小鼠的行为更固定、更专注，不容易被新出现的物体分散注意力，表现出更强的行为“惯性”。这说明饥饿状态会改变大脑处理新信息、调整行为的方式。

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图二 饥饿在评估新物体期间减少纹状体尾部的多巴胺释放

中脑纹状体多巴胺系统调控着新物体探索行为。特别是当小鼠从新物体处后退时，纹状体尾部会释放多巴胺。这种释放的幅度与动物对新物体的探索程度呈负相关，表明纹状体尾部多巴胺的释放反映了对潜在环境威胁的预测误差，从而指导学习。

研究人员发现，饥饿小鼠对新物体的探索行为增加，可能与其大脑纹状体尾部的多巴胺信号减弱有关。通过使用高精度的多巴胺sensor dLight3.8检测，发现当小鼠探索新物体后准备离开（后退）时，纹状体尾部的多巴胺水平会短暂上升。然而，与饱足小鼠相比，饥饿小鼠在后退时的多巴胺信号上升幅度更小，且随着重复接触信号衰减更快。这种多巴胺信号的差异并非由后退速度等行为差异引起。

此外，该脑区的多巴胺也对“意外出现的熟悉美食”（如巧克力豆）有稳定反应。因此，饥饿可能通过降低纹状体尾部对新物体的多巴胺瞬变减弱“停止探索”的信号，从而使小鼠持续进行探索，这揭示了动机状态如何通过特定神经通路调节动物对新奇刺激的行为反应。

图三 AgRP神经元调节新奇探索、风险评估以及纹状体尾部相关的多巴胺波动

弓状核中表达AgRP的神经元在禁食状态下会被激活，这些神经元活动的增强会降低焦虑并增加冒险行为。AgRP神经元通过经由外侧下丘脑的多突触投射来调节伏隔核中的多巴胺释放。

作者假设AgRP神经元的活动能够调节探索行为以及纹状体尾部的多巴胺信号。为了探究饥饿时大脑中的AgRP神经元是如何影响小鼠探索新物体和大脑多巴胺信号的，研究人员用化学遗传学方法控制这些神经元的活动。

他们发现，即使小鼠已经吃饱，只要激活AgRP神经元它们就会像真饿了一样吃得更多，花更长时间探索新物体，尾巴也更常朝向物体。同时，它们在离开物体时，大脑纹状体尾部的多巴胺信号变弱和真正饥饿的小鼠表现一样。

对于本已饥饿的小鼠，抑制AgRP神经元虽然没改变它们的进食量（可能因为其他饥饿信号还在），但明显减少了它们对新物体的探索、互动次数和靠近物体的时间。与此同时，它们离开物体时的多巴胺信号反而增强，和正常吃饱的小鼠更像。

此外，个体小鼠中，AgRP神经元被激活得越强，吃的越多，探索行为也增加得越多，说明这两个行为是联动的。而且操控这些神经元不影响小鼠的整体运动能力，说明效果是特异地作用于动机和探索行为。

AgRP神经元就像是饥饿的“总开关”，它不仅驱动进食还专门调控小鼠对新事物的好奇心，并通过降低纹状体尾部的多巴胺反应，让小鼠更持续地探索。这揭示了饥饿如何从源头上改变大脑对环境的响应方式。

总结

在本研究中，作者探究了饥饿动物探索行为变化背后的神经机制。发现当动物与新颖的非热量物体互动时，纹状体尾部产生的短暂多巴胺信号会受到饥饿状态的调节，这种调节方式构成了饥饿依赖性新物体探索行为变化的基础。调控纹状体尾部多巴胺信号的饥饿相关信号依赖于弓状核中AgRP神经元的活动，这些神经元通过外侧下丘脑与纹状体尾部形成多突触连接。

文章来源

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2025.09.009

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