為什么小孩子總是不好好專注吃飯，而是明進邊吃邊玩？這種行為特征是否受到大腦的精準調控？一些看似簡單的行為，背后往往有復雜的食行神經調控機制，深刻理解不同行為背后的為全聞科神經學原理，有助于我們理解大腦的過程生物學基礎。

北京時間3月15日晚11時，細神學網中國科學院深圳先進技術研究院腦認知與腦疾病研究所、科學控新深港腦科學創新研究院王立平團隊在神經科學頂級期刊《神經元》發表的家首經調關于大腦精細調控進食行為全過程的最新研究成果，對這些問題進行了解答。次闡

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明進“片段化進食”行為特征，并闡明了下丘腦與腦干的食行三群神經元依次調控每次進食的“準備-發起-維持”行為序列的過程。

該研究有望為厭食癥、為全聞科肥胖癥等疾病的過程研究和干預提供新的思路，為深入理解本能行為過程中的精細神經調控機制提供新的研究方法和理論框架。

深圳先進院研究員王立平為論文通訊作者，助理研究員劉清晴、高級工程師楊星、深圳先進院與香港城市大學聯合培養博士生羅墨軒為論文共同第一作者。深圳先進院為第一單位。

“吃飯”行為不簡單

對于人和動物而言，進食都是關乎生存的頭等大事。物種在復雜多變的自然環境中，既要敏銳地發現食物線索，也要時刻提高警惕關注環境的變化。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，并固化到了大腦保守的“古老”結構中。

由于研究手段的限制，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”，但大腦各個腦區多類神經元之間是如何協同工作，確保進食行為全過程順利進行，至今未可知。

王立平團隊在實驗中發現，小鼠的進食行為并不是簡單地“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，它們在進食過程中也表現出了“邊吃邊玩”的特點。因此，對進食行為的科學描述，應該更加傾向于是一個“循環的行為序列”，而不僅僅是“進食量”這個單一變量。

劉清晴、楊星、羅墨軒等研究者首先建立了深度學習算法輔助的行為記錄與分析系統，在此基礎上對小鼠的進食行為進行了精準的描述，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進食，是社會化訓練的結果。家長常常希望孩子，專注地‘好好吃飯’，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，出于社交或其他動機，成人在進食過程中也同樣會不斷關注周圍環境，而不會一直專注在食物本身。”論文第一作者劉清晴解釋道。

解析大腦對“吃飯”過程的精細調控

下丘腦弓狀核中的刺鼠相關蛋白神經元（ARC^AgRP神經元）、外側下丘腦的γ-氨基丁酸神經元（LH^GABA神經元）和背側中縫核中的γ-氨基丁酸神經元（DR^GABA神經元）是三類已知的可以促進進食的神經元。

為了理清這些神經元在進食過程中的分工，研究團隊通過分析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，這三群神經元是依次激活，循環反應的。

三群神經元精細調控進食不同階段的動機和行為 來源：研究團隊供圖

具體表現為：在小鼠饑餓，環境中有食物，但小鼠在探索環境而沒有去吃的情況下，ARC^AgRP神經元被激活；在小鼠靠近食物和進食過程中，ARC^AgRP神經元被抑制，LH^GABA神經元和DR^GABA神經元被激活。其中，LH^GABA神經元僅在進食行為發起的時候被激活，而DR^GABA神經元會在進食過程中持續激活。當小鼠離開食物并探索環境時，DR^GABA神經元被抑制。

研究團隊進一步用光遺傳的方法驗證了這些神經元的功能，發現ARC^AgRP神經元會在饑餓情況下對正在進行的與進食無關的行為進行限制，由此可以使進食相關動機占據主導地位，從而幫助發起進食行為；LH^GABA神經元介導了進食行為的發起；DR^GABA神經元則與進食行為的維持有關。

這表明，在片段化的進食行為中，三群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

攝食障礙疾病(Eating disorder, ED)是一類精神疾病，最直接的表現是進食行為的異常。一方面包括暴食癥等，會導致肥胖并引發其他代謝疾病，另一方面包括神經性厭食癥，會導致嚴重的營養不良甚至死亡。

世界衛生組織（WHO）的統計數據顯示，2022年中國成年人的肥胖比例達到了16%，歐美一些發達國家的肥胖比例更是超過了30%，為社會經濟帶來了很大的挑戰。神經性厭食癥多發于青少年女性，發病率在0.3至1%。此外，焦慮、抑郁等情緒障礙性疾病也常伴有進食行為的異常。

由于人們對攝食障礙類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復，難以達到有效的治療。因此，對進食行為及其神經調控機制的詳細解析，對研究攝食障礙疾病的發病機理、發展有效的治療方法非常重要。

中國科學院院士、精神病學與臨床心理學家陸林院士認為，該研究把對進食行為本身的描述及其背后神經生物學機制的解析提上了一個新的高度，有望為針對神經性厭食癥暴食癥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院士表示，王立平課題組借助深度學習的方法對動物進食過程中的各種自發行為做了客觀精準的描述，并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。這項研究為精準解析特定復雜行為背后的神經學原理提供了全新的研究思路。

論文通訊作者王立平表示，本研究為解析多種本能行為各階段的序列性神經調控機制提供了新的方法，為深入理解動物在自然選擇中形成的本能行為策略的神經計算機制提供了可能的新知識框架。這項研究闡述了一系列連續的自發行為及對應的神經調控序列。對連續行為神經調控序列的精細解碼，將有助于建立新的類腦計算模型，應用于實驗動物和人類的行為監測，為人工智能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