王立平团队利用“开关”控制动物本能恐惧反应

作者:生命科学
中国科学家发现恐惧情绪的新环路

中科院深圳先进院 王立平团队利用“开关”控制动物本能恐惧反应

中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所蒲慕明研究组于9月5日在《自然-神经科学》上在线发表了一篇题为《与恐惧记忆相关的杏仁核-皮层突触特异性变化》的文章,首次揭示了在听觉恐惧记忆中起重要作用的侧杏仁核-听觉皮层投射通路,并发现该通路在听觉恐惧学习后会发生特异性的突触连接重构。研究人员进一步通过双色双光子成像技术发现,新突触连接主要通过在已存在的突触上添加新的突触结构的方式形成,提示了成年大脑皮层中新突触形成的基本规律。

北京时间4月29日23时,浙江大学医学院教授李晓明课题组在《自然-神经科学》在线发表了题为《一条新的介导恐惧逃跑行为的皮层丘脑神经环路》的研究论文。该研究新发现了一条由丘脑网状核介导的从皮层至丘脑的神经环路,参与调控动物恐惧性逃避行为。该研究在恐惧性逃避行为和相关的精神疾病如创伤后应激障碍发病的环路机制方面有着概念性的突破,为这一领域的研究开辟了新的研究方向。

本报讯(记者朱汉斌 通讯员冯春)中科院深圳先进技术研究院王立平团队近日在脑科学研究领域获得新进展,研究有望为进一步解析包括恐惧情绪在内的物种繁衍生存基本神经环路特征和精神疾病的发生机制提供新思路。相关研究日前发表于《自然—通讯》。

条件恐惧是学习与记忆研究中常用的行为范式。在听觉条件恐惧学习中,小鼠先听到一个声音,再被给予一个足部电击。小鼠会将声音与电击关联起来,并在声音到来时表现出恐惧反应。关于条件恐惧的神经环路基础,人们普遍认为,听觉信息从听觉丘脑和皮层传入,然后经由听觉丘脑——侧杏仁核及听皮层-——侧杏仁核通路,在侧杏仁核与来自体感皮层的电击信息整合。然而,在此项研究中,结合荧光标记、病毒示踪和免疫电镜技术等,研究人员发现了一个新的投射通路:侧杏仁核——听觉皮层。运用化学遗传和光遗传技术,研究人员发现选择性抑制此通路的神经活动可大幅度降低小鼠的恐惧反应,表明此通路在恐惧记忆中起着关键作用。

浙江大学医学院博士生董平、王浩为论文的共同第一作者,李晓明教授为通讯作者。

该论文的共同第一作者蔚鹏飞等人在研究中发现,上丘中深层兴奋性神经元会特异性地响应天敌威胁的视觉刺激,通过丘脑的快速中继通路将信号传输至外侧杏仁核,并持续激活杏仁核神经元的活动。利用光遗传学技术特异性地“关闭”或者“打开”这条通路的功能,研究人员发现,这条通路特异性地介导了动物本能恐惧反应的产生。

侧杏仁核——听皮层通路在条件恐惧学习后是否表现出突触可塑性?皮层中的突触由突触前轴突小结和突触后树突棘构成。研究人员用双光子成像技术对小鼠听皮层进行在体长期成像,以追踪此通路中来自侧杏仁核的轴突小结和听皮层细胞的树突棘的结构变化。研究发现侧杏仁核的轴突小结和听皮层第五层细胞的顶树突的树突棘在恐惧学习3天之后都有显著增加。与之形成对照的是,来自前扣带回皮层和听觉丘脑的突触前轴突小结,以及听皮层第2/3层细胞的树突棘,在恐惧学习之后都没有显著变化,提示恐惧学习可特异性地造成侧杏仁核细胞与听皮层第5层细胞的突触重构。

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