時間：2023-09-20 熱度：

在變化莫測的自然的環(huán)境中動物需要不斷評估自己的安全狀態(tài)，當(dāng)遇到威脅時，能夠快速選擇適當(dāng)?shù)男袨榉磻?yīng)。前額葉皮層參與風(fēng)險決策、恐懼記憶等多個高級認(rèn)知功能。

 

2023年8月30日，南方醫(yī)科大學(xué)梁妃學(xué)研究團(tuán)隊在Neuron雜志上發(fā)表文章揭示了前額葉皮層亞區(qū)前扣帶皮層參與安全評估，進(jìn)行靈活防御性行為。

 

 

1.安全狀態(tài)決定小鼠恐懼反應(yīng)

 研究人員將小鼠放置在連通的兩個箱子中，在自由探索一段時間后它們開始在角落或沿著箱壁建造巢穴，隨后的監(jiān)測期內(nèi)小鼠更多時間停留在巢穴內(nèi)。與未經(jīng)歷聲音刺激的小鼠相比，經(jīng)歷過聲音刺激小鼠建造巢穴的時間更短。與無停留巢穴小鼠相比，待在巢穴中的小鼠在經(jīng)歷聲音刺激后的焦慮樣水平更低一些。 研究人員發(fā)現(xiàn)在小鼠停留在巢穴外期間接受聲音刺激后迅速逃跑，而停留在巢穴內(nèi)小鼠在聽到聲音刺激后幾乎不會向外逃跑。在小鼠呆在假巢穴中聽到聲音刺激后會迅速逃跑，上述結(jié)果表明動物根據(jù)對環(huán)境安全性評估，靈活地表現(xiàn)出恐懼反應(yīng)。

圖1：安全狀態(tài)決定小鼠恐懼反應(yīng)

 

2.ACC響應(yīng)安全和危險狀態(tài)的神經(jīng)環(huán)路

免疫熒光實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在安全環(huán)境下引起的逃跑行為過程中前扣帶皮層（ACC）神經(jīng)元激活較為顯著。隨后通過微型鏡頭記錄在不同場景下ACC神經(jīng)元活性變化，根據(jù)其變化可分為響應(yīng)危險的神經(jīng)元群（在巢穴內(nèi)對聲音刺激不響應(yīng)，但在巢穴外聽到聲音刺激后迅速逃跑過程中響應(yīng)）和響應(yīng)安全環(huán)境的神經(jīng)元群（在巢穴內(nèi)對聲音刺激響應(yīng)以及在返回巢穴期間響應(yīng)的神經(jīng)元群）。

為進(jìn)一步找到調(diào)控ACC腦區(qū)響應(yīng)危險和安全環(huán)境的神經(jīng)元群，通過病毒示蹤實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)ACC神經(jīng)元投射到基底外側(cè)杏仁核（BLA）、背內(nèi)側(cè)紋狀核（DMS）、未定帶區(qū)（ZI）、上丘（SC）和背側(cè)導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)（dPAG)等腦區(qū)。光纖鈣成像記錄到ACC→DMS在不同環(huán)境下響應(yīng)聲音信號刺激是固定的，ACC→BLA環(huán)路不響應(yīng)聲音刺激，在巢穴內(nèi)聽到聲音刺激或返回巢穴時ACC→ZI環(huán)路激活，編碼安全環(huán)境信息，在巢穴外聽到聲音刺激后ACC→SC環(huán)路激活，編碼危險信息。

 

圖2：ACC響應(yīng)安全和危險狀態(tài)的神經(jīng)環(huán)路

 

3.ACC不同投射調(diào)控逃跑行為

SC在聽覺和視覺引起的防御性行為中發(fā)揮關(guān)鍵作用。病毒示蹤實(shí)驗(yàn)和電生理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)SC接受來自ACC腦區(qū)的興奮性輸入和ZI腦區(qū)的抑制性輸入，投射到SC腦區(qū)的ZI神經(jīng)元接受來自于ACC腦區(qū)的興奮性輸入，表明ACC通過直接環(huán)路ACC-SC和間接環(huán)路ZI-SC調(diào)控SC活性。

光纖鈣成像技術(shù)記錄到在巢穴外聲音刺激引起ACC-SC投射活性增加更強(qiáng)，在巢穴內(nèi)聲音刺激引起ZI-SC投射活性增加更強(qiáng)。激活A(yù)CC-SC環(huán)路神經(jīng)元活性后可促進(jìn)小鼠在巢穴內(nèi)(安全環(huán)境)的逃跑行為，不影響在巢穴外的(危險環(huán)境)逃跑行為。抑制ACC-SC環(huán)路活性后可降低小鼠在巢穴外的逃跑行為。激活A(yù)CC-ZI或ZI-SC環(huán)路后可促進(jìn)巢穴外的逃跑行為，抑制上述環(huán)路后促進(jìn)巢穴內(nèi)逃跑行為。

 

圖3：ACC不同環(huán)路調(diào)控防御行為

 

 

總結(jié)

本文發(fā)現(xiàn)ACC腦區(qū)響應(yīng)不同場景聲音危險刺激下安全和危險信息，通過投射到ZI環(huán)路，抑制SC腦區(qū)活性，響應(yīng)安全信息，投射到SC環(huán)路響應(yīng)危險信息。
 原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.08.008

 

 

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AAV2/9-EF1a-DIO-eYFP

AAV2/9-DIO-hChR2 (H134R)-eYFP

AAV2/9-DIO-GtACR1-eYFP

AAV2/9-CaMKIIa-hChR2(H134R)-eYFP

AAV2/9-syn-FLEX-eYFP