Annual Review of Neuroscience

Nicotine is the principal addictive component that drives continued tobacco use despite users' knowledge of the harmful consequences. The initiation of addiction involves the mesocorticolimbic dopamine system, which contributes to the processing of rewarding sensory stimuli during the overall shaping of successful behaviors. Acting mainly through nicotinic receptors containing the α4 and β2 subunits, often in combination with the α6 subunit, nicotine increases the firing rate and the phasic bursts by midbrain dopamine neurons. Neuroadaptations arise during chronic exposure to nicotine, producing an altered brain condition that requires the continued presence of nicotine to be maintained. When nicotine is removed, a withdrawal syndrome develops. The expression of somatic withdrawal symptoms depends mainly on the α5, α2, and β4 (and likely α3) nicotinic subunits involving the epithalamic habenular complex and its targets. Thus, nicotine taps into diverse neural systems and an array of nicotinic acetylcholine receptor (nAChR) subtypes to influence reward, addiction, and withdrawal.

Here, we update our 1990 Annual Review of Neuroscience article, “The Attention System of the Human Brain.” The framework presented in the original article has helped to integrate behavioral, systems, cellular, and molecular approaches to common problems in attention research. Our framework has been both elaborated and expanded in subsequent years. Research on orienting and executive functions has supported the addition of new networks of brain regions. Developmental studies have shown important changes in control systems between infancy and childhood. In some cases, evidence has supported the role of specific genetic variations, often in conjunction with experience, that account for some of the individual differences in the efficiency of attentional networks. The findings have led to increased understanding of aspects of pathology and to some new interventions.

Nghiên cứu về ra quyết định trải dài trên nhiều lĩnh vực khác nhau như thần kinh học, tâm lý học, kinh tế học, thống kê, khoa học chính trị và khoa học máy tính. Mặc dù có sự đa dạng trong các ứng dụng, phần lớn các quyết định đều chia sẻ những yếu tố chung như cân nhắc và cam kết. Ở đây, chúng tôi đánh giá những tiến bộ gần đây trong việc hiểu cách mà những yếu tố cơ bản này của hình thành quyết định được thực hiện trong não bộ. Chúng tôi tập trung vào các quyết định đơn giản có thể được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm nhưng nhấn mạnh những nguyên tắc chung có khả năng áp dụng cho các bối cảnh khác.

Trong lịch sử, hệ thống hạt đích điều hòa-norepinephrine (LC-NE) đã được liên kết với sự tỉnh táo, nhưng các phát hiện gần đây cho thấy hệ thống này đóng vai trò phức tạp và cụ thể hơn trong việc kiểm soát hành vi so với những gì mà các nhà nghiên cứu đã từng nghĩ trước đây. Chúng tôi xem xét các nghiên cứu thần kinh sinh lý học và mô hình hóa trên khỉ ủng hộ một lý thuyết mới về chức năng của LC-NE. Các nơron LC thể hiện hai chế độ hoạt động: phasic và tonic. Kích thích LC phasic được điều khiển bởi kết quả của các quá trình ra quyết định liên quan đến nhiệm vụ và được đề xuất là giúp tạo thuận lợi cho các hành vi tiếp theo và tối ưu hóa hiệu suất nhiệm vụ (khai thác). Khi tính hữu ích trong nhiệm vụ giảm sút, các nơron LC thể hiện chế độ hoạt động tonic, liên quan đến việc không tham gia vào nhiệm vụ hiện tại và tìm kiếm các hành vi thay thế (khám phá). LC ở khỉ nhận được những đầu vào rõ ràng, trực tiếp từ vỏ não cingulate trước (ACC) và vỏ não orbitofrontal (OFC), cả hai đều được cho là giám sát tính hữu ích liên quan đến nhiệm vụ. Chúng tôi đề xuất rằng các khu vực trước của não này tạo ra các mẫu hoạt động của LC nêu trên để tối ưu hóa tính hữu ích ở cả thang thời gian ngắn và dài.

▪ Tóm tắt  Các yếu tố thần kinh (neurotrophins) điều chỉnh sự phát triển, duy trì và chức năng của hệ thần kinh ở động vật có xương sống. Các yếu tố thần kinh kích hoạt hai loại thụ thể khác nhau, bao gồm họ thụ thể tyrosine kinase Trk và p75NTR, một thành viên của siêu họ thụ thể TNF. Thông qua các thụ thể này, các yếu tố thần kinh kích hoạt nhiều con đường tín hiệu, bao gồm những con đường được trung gian bởi ras và các thành viên của các họ protein G cdc-42/ras/rho, cùng với các chuỗi tín hiệu MAP kinase, PI-3 kinase và Jun kinase. Trong quá trình phát triển, lượng giới hạn các yếu tố thần kinh hoạt động như các yếu tố sinh tồn để đảm bảo sự phù hợp giữa số lượng neuron sống sót và yêu cầu cho sự chi phối mục tiêu thích hợp. Chúng cũng điều chỉnh các quyết định vận mệnh tế bào, sự tăng trưởng của trục thần kinh, sự cắt tỉa nhánh dendrite, hình mẫu chi phối và sự biểu hiện của các protein quan trọng cho chức năng tế bào thần kinh bình thường, chẳng hạn như chất dẫn truyền thần kinh và kênh ion. Những protein này cũng điều chỉnh nhiều khía cạnh của chức năng thần kinh. Trong hệ thần kinh trưởng thành, chúng kiểm soát chức năng synapse và tính plastic của synapse, đồng thời tiếp tục điều tiết sự sống còn của neuron.

▪ Tóm tắt  Một loại kích thích có tầm quan trọng lớn đối với các loài linh trưởng, đặc biệt là con người, là những hành động được thực hiện bởi các cá thể khác. Nếu chúng ta muốn tồn tại, chúng ta phải hiểu được hành động của người khác. Hơn nữa, không có sự hiểu biết về hành động, tổ chức xã hội sẽ là điều không thể. Trong trường hợp của con người, có một khả năng khác phụ thuộc vào việc quan sát hành động của người khác: học bằng cách bắt chước. Khác với hầu hết các loài, chúng ta có khả năng học qua việc bắt chước, và khả năng này là nền tảng của văn hóa nhân loại. Trong bài tổng quan này, chúng tôi trình bày dữ liệu về một cơ chế neurophysiological—cơ chế nơ-ron gương—dường như đóng một vai trò cơ bản trong cả việc hiểu hành động và bắt chước. Chúng tôi mô tả trước tiên các đặc điểm chức năng của nơ-ron gương ở khỉ. Tiếp theo, chúng tôi xem xét các đặc điểm của hệ thống nơ-ron gương ở con người. Chúng tôi nhấn mạnh, đặc biệt là, những đặc tính riêng biệt của hệ thống nơ-ron gương ở con người mà có thể giải thích khả năng học hỏi qua việc bắt chước. Chúng tôi kết luận bằng việc thảo luận về mối quan hệ giữa hệ thống nơ-ron gương và ngôn ngữ.

Lĩnh vực khoa học thần kinh, sau một thời gian dài nhìn theo hướng khác, đã một lần nữa chấp nhận cảm xúc như một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng. Phần lớn tiến bộ đạt được từ các nghiên cứu về nỗi sợ hãi, đặc biệt là điều kiện hóa nỗi sợ. Công việc này đã xác định hạch amygdala là một thành phần quan trọng của hệ thống liên quan đến việc tiếp nhận, lưu trữ và biểu đạt ký ức sợ hãi, đồng thời làm sáng tỏ chi tiết cách mà các kích thích đi vào, di chuyển qua và thoát ra khỏi hạch amygdala. Một số tiến bộ cũng đã được thực hiện trong việc hiểu các cơ chế tế bào và phân tử dưới nền tảng của quá trình điều kiện hóa nỗi sợ, và các nghiên cứu gần đây cũng đã chỉ ra rằng những phát hiện từ động vật thí nghiệm có thể áp dụng cho não người. Điều quan trọng là nhớ lý do tại sao công việc về cảm xúc này thành công ở nơi mà những nỗ lực trước kia đã thất bại. Nó tập trung vào một khía cạnh cảm xúc được định nghĩa rõ ràng về mặt tâm lý, tránh các khái niệm mơ hồ và khó xác định như “cảm xúc,” “tông màu hưởng thụ” hoặc “cảm giác cảm xúc,” và sử dụng một phương pháp thí nghiệm đơn giản và trực tiếp. Với rất nhiều nghiên cứu đang được thực hiện trong lĩnh vực này ngày nay, điều quan trọng là không lặp lại những sai lầm của quá khứ. Cũng đã đến lúc mở rộng từ nền tảng này sang các khía cạnh rộng hơn của tâm trí và hành vi

▪ Tóm tắt  Vỏ não trước trán từ lâu đã được nghi ngờ đóng vai trò quan trọng trong kiểm soát nhận thức, trong khả năng điều phối tư duy và hành động theo các mục tiêu nội tại. Tuy nhiên, cơ sở thần kinh của nó vẫn là một bí ẩn. Ở đây, chúng tôi đề xuất rằng kiểm soát nhận thức xuất phát từ việc duy trì chủ động các mẫu hoạt động trong vỏ não trước trán đại diện cho các mục tiêu và các phương tiện để đạt được chúng. Chúng cung cấp tín hiệu thiên lệch cho các cấu trúc não khác, mà tổng thể ảnh hưởng của chúng là hướng dẫn dòng hoạt động dọc theo các con đường thần kinh thiết lập các ánh xạ chính xác giữa đầu vào, trạng thái nội tại và đầu ra cần thiết để thực hiện một nhiệm vụ cụ thể. Chúng tôi xem xét các nghiên cứu về sinh lý thần kinh, sinh học thần kinh, hình ảnh thần kinh và mô phỏng tính toán hỗ trợ lý thuyết này, và thảo luận về các ý nghĩa của nó cũng như các vấn đề cần được giải quyết khác.

▪ Abstract  Neurotransmitter release is mediated by exocytosis of synaptic vesicles at the presynaptic active zone of nerve terminals. To support rapid and repeated rounds of release, synaptic vesicles undergo a trafficking cycle. The focal point of the vesicle cycle is Ca²⁺-triggered exocytosis that is followed by different routes of endocytosis and recycling. Recycling then leads to the docking and priming of the vesicles for another round of exo- and endocytosis. Recent studies have led to a better definition than previously available of how Ca²⁺ triggers exocytosis and how vesicles recycle. In particular, insight into how Munc18-1 collaborates with SNARE proteins in fusion, how the vesicular Ca²⁺ sensor synaptotagmin 1 triggers fast release, and how the vesicular Rab3 protein regulates release by binding to the active zone proteins RIM1α and RIM2α has advanced our understanding of neurotransmitter release. The present review attempts to relate these molecular data with physiological results in an emerging view of nerve terminals as macromolecular machines.