Neuron:南方医科大学梁妃学团队揭示评估环境安全性并进行防御行为的神经环路

在变化莫测的自然的环境中动物需要不断评估自己的安全状态，当遇到威胁时，能够快速选择适当的行为反应。前额叶皮层参与风险决策、恐惧记忆等多个高级认知功能。

 

2023年8月30日，南方医科大学梁妃学研究团队在Neuron杂志上发表文章揭示了前额叶皮层亚区前扣带皮层参与安全评估，进行灵活防御性行为。

 

 

1.安全状态决定小鼠恐惧反应

 研究人员将小鼠放置在连通的两个箱子中，在自由探索一段时间后它们开始在角落或沿着箱壁建造巢穴，随后的监测期内小鼠更多时间停留在巢穴内。与未经历声音刺激的小鼠相比，经历过声音刺激小鼠建造巢穴的时间更短。与无停留巢穴小鼠相比，待在巢穴中的小鼠在经历声音刺激后的焦虑样水平更低一些。 研究人员发现在小鼠停留在巢穴外期间接受声音刺激后迅速逃跑，而停留在巢穴内小鼠在听到声音刺激后几乎不会向外逃跑。在小鼠呆在假巢穴中听到声音刺激后会迅速逃跑，上述结果表明动物根据对环境安全性评估，灵活地表现出恐惧反应。

图1：安全状态决定小鼠恐惧反应

 

2.ACC响应安全和危险状态的神经环路

免疫荧光实验发现在安全环境下引起的逃跑行为过程中前扣带皮层（ACC）神经元激活较为显著。随后通过微型镜头记录在不同场景下ACC神经元活性变化，根据其变化可分为响应危险的神经元群（在巢穴内对声音刺激不响应，但在巢穴外听到声音刺激后迅速逃跑过程中响应）和响应安全环境的神经元群（在巢穴内对声音刺激响应以及在返回巢穴期间响应的神经元群）。

为进一步找到调控ACC脑区响应危险和安全环境的神经元群，通过病毒示踪实验发现ACC神经元投射到基底外侧杏仁核（BLA）、背内侧纹状核（DMS）、未定带区（ZI）、上丘（SC）和背侧导水管周围灰质（dPAG)等脑区。光纤钙成像记录到ACC→DMS在不同环境下响应声音信号刺激是固定的，ACC→BLA环路不响应声音刺激，在巢穴内听到声音刺激或返回巢穴时ACC→ZI环路激活，编码安全环境信息，在巢穴外听到声音刺激后ACC→SC环路激活，编码危险信息。

 

图2：ACC响应安全和危险状态的神经环路

 

3.ACC不同投射调控逃跑行为

SC在听觉和视觉引起的防御性行为中发挥关键作用。病毒示踪实验和电生理实验发现SC接受来自ACC脑区的兴奋性输入和ZI脑区的抑制性输入，投射到SC脑区的ZI神经元接受来自于ACC脑区的兴奋性输入，表明ACC通过直接环路ACC-SC和间接环路ZI-SC调控SC活性。

光纤钙成像技术记录到在巢穴外声音刺激引起ACC-SC投射活性增加更强，在巢穴内声音刺激引起ZI-SC投射活性增加更强。激活ACC-SC环路神经元活性后可促进小鼠在巢穴内(安全环境)的逃跑行为，不影响在巢穴外的(危险环境)逃跑行为。抑制ACC-SC环路活性后可降低小鼠在巢穴外的逃跑行为。激活ACC-ZI或ZI-SC环路后可促进巢穴外的逃跑行为，抑制上述环路后促进巢穴内逃跑行为。

 

图3：ACC不同环路调控防御行为

 

 

总结

本文发现ACC脑区响应不同场景声音危险刺激下安全和危险信息，通过投射到ZI环路，抑制SC脑区活性，响应安全信息，投射到SC环路响应危险信息。
 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.08.008

 

 

和元助力

和元生物有幸为研究者提供实验中使用的AAV工具病毒载体，包括钙成像、光遗传、化学遗传、顺行跨单突触病毒等（下表），以实际行动助力神经科学研究！

AAV2/9-syn-jGCaMP7s-WPRE

AAV2/1-syn-FLEX-jGCaMP7s-WPRE

AAV2/9-hSyn-FLEX-NES-jRGECO1a-WPRE

AAV2/9-hSyn-hM3D(Gq)-mCherry

AAV2/1-hSyn-Cre

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