孙学军
擦除直觉的皮层下控制通路 精选
2025-2-7 07:37
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小鼠一看到鸟的影子就会立即躲进庇护所,就像人类一看到蜘蛛就会跳起来一样。但是,如果动物知道某种可怕的刺激是无害的,那么这些由脑干控制的反应就可以被抑制。在26日发表于《科学》的一项研究中,神经科学家揭示了小鼠大脑中抑制恐惧反应的精确区域,这一发现可能有助于科学家制定治疗创伤后应激障碍和焦虑症的策略。

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该研究表明,大脑的两个部分共同作用来学习抑制恐惧。但令人惊讶的是,只有其中一个区域与之后回忆习得行为有关。澳大利亚新南威尔士大学的神经科学家Pascal Carrive说:"这是该机制的第一个证据。"

在这项研究中,研究人员用一个不断扩大的黑色圆圈来模仿一只俯冲的鸟,并导致未受过训练的小鼠跑到庇护所。为了教会小鼠这种迫在眉睫的刺激并不危险,研究人员添加了一个屏障,防止小鼠躲藏。悉尼麦考瑞大学的行为神经科学家Christina Perry说:"我喜欢他们的行为模型,这很简单。"小鼠"没有被吃掉,所以它们知道这个假捕食者实际上并不构成威胁"。

当小鼠学习变得更勇敢时,研究人员使用光遗传学技术打开或关闭特定类型的神经元。这是一种成熟的技术,可以用光控制神经元。当研究人员使分析视觉刺激的大脑皮层部分(称为后外侧高级视觉区)沉默时,小鼠没有学会抑制恐惧,并继续试图逃离假鸟。这表明大脑的这个区域对于学习抑制这种恐惧反应是必要的。

然而,已经受过训练以克服恐惧的小鼠在后外侧高级视觉区域被关闭时,仍然可以表现出新的勇敢行为。这是因为记忆存储在大脑中心附近的一个区域,称为腹外侧膝状核。该研究的合著者、伦敦大学学院的系统神经科学家Sonja Hofer说,这是"一个可以抑制其他区域的大脑区域,是一个相当强大的控制区域"。

当受过抑制恐惧训练的小鼠的腹外侧膝状核被抑制时,它们再次对威胁性阴影感到害怕。该研究的合著者、伦敦大学学院的系统神经科学家Sara Mederos说,这是"出乎意料的",因为大脑的这个区域通常被认为不具备可塑性或可变性。

研究人员还发现,抑制体内一种叫做内源性大麻素的化学物质会阻止小鼠学会抑制恐惧。Hofer说,内源性大麻素会激活与大麻相同的受体,但这些受体对许多大脑功能都很重要,因此用大麻治疗并不是调节恐惧反应的有效方法。

Hofer说,利用深部脑刺激或仅通过增强该区域的内源性大麻素活性来操纵腹外侧膝状体核,可能是抑制人类适应不良恐惧反应的一种更有针对性的方法,"但这只是纯粹的推测,而且只在遥远的未来才有可能实现"。

 

Sara Mederos et al. Overwriting an instinct: Visual cortex instructs learning to suppress fear responses.Science387,682-688(2025).

 

编辑总结

有人提出,感觉皮层众多功能之一是通过调节皮层下神经回路来改变本能反应的强度。梅德罗斯等人揭示了一种皮层下突触可塑性机制,该机制与学习抑制本能防御行为有关。关键通路是从初级视觉皮层(V1区)后外侧的高级视觉区域投射到腹外侧膝状核(vLGN),它能根据经验调节本能恐惧反应。学习完成后,这条通路不再必要。这种由学习诱导的可塑性涉及内源性大麻素介导的对后外侧高级视觉区域激活的vLGN神经元抑制性突触的长期抑制,从而降低了突触前释放概率。——彼得·斯特恩

摘要

对环境刺激做出快速本能反应对生存至关重要,但并非总是最佳选择。动物能够调整自身行为并抑制本能反应,然而介导这类与动物行为学相关学习形式的神经通路仍不明确。我们发现,后外侧高级视觉区域(plHVAs)对于动物通过自上而下的通路至腹外侧膝状核(vLGN)来学习抑制对先天视觉威胁的逃避反应至关重要。学习完成后,plHVAs不再必要;相反,习得行为依赖于vLGN神经元群体内部的可塑性,这些神经元对逃避反应施加抑制性控制。在学习过程中,接受来自plHVAs输入的vLGN神经元通过内源性大麻素介导的对其抑制性输入的长期抑制,增强了对视觉威胁刺激的反应。因此,我们揭示了基于经验抑制恐惧反应背后的详细神经回路、细胞和突触机制。

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