體鈣成像技術(shù)在觀察同伴獲得社交習(xí)得性恐懼的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制的應(yīng)用

動(dòng)物可通過(guò)觀察其他動(dòng)物對(duì)威脅的反應(yīng)來(lái)了解危險(xiǎn)的來(lái)源（觀察性恐懼學(xué)習(xí)），同時(shí)將自己的風(fēng)險(xiǎn)降到最低,這種社交學(xué)習(xí)能力對(duì)于動(dòng)物的生存至關(guān)重要。前扣帶皮層、背內(nèi)側(cè)丘腦、基底外側(cè)杏仁核（BLA）和背內(nèi)側(cè)前額葉皮層(dmPFC) 參與共情和效價(jià)評(píng)估等行為，其中dmPFC參與處理威脅信號(hào)做出決策的過(guò)程，并參與多種形式的社交行為。

2024年２月７日美國(guó)國(guó)家酒精濫用和酒精中毒研究所Andrew Holmes團(tuán)隊(duì)揭示了通過(guò)觀察同伴獲得社交習(xí)得性威脅的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制。

1、dmPFC神經(jīng)元編碼觀察性恐懼學(xué)習(xí)多個(gè)成分

在觀察性恐懼實(shí)驗(yàn)中,“觀察者(Observer)”小鼠可從鄰近位置的透明屏幕看到“演示者(Demonstrator)”小鼠在聽(tīng)到聲音線索后遭受電擊。經(jīng)過(guò)１天訓(xùn)練后“觀察者小鼠”在聽(tīng)到聲音線索后僵直行為增加，dmPFC區(qū)域神經(jīng)元活性顯著增加。在恐懼訓(xùn)練期間光抑制dmPFC區(qū)域神經(jīng)元活性后，“觀察者小鼠”在隨后的記憶提取實(shí)驗(yàn)中并不表現(xiàn)出僵直行為增加，但在記憶提取階段抑制上述神經(jīng)元群并不會(huì)影響“觀察者小鼠”的僵直行為，表明dmPFC參與觀察性恐懼學(xué)習(xí)的形成階段。

進(jìn)一步通過(guò)在體鈣成像技術(shù)記錄到“觀察者小鼠”直接接受電擊與間接感受電擊后dmPFC區(qū)域響應(yīng)的神經(jīng)元群存在差異（盡管存在小部分重合）。在電擊訓(xùn)練中存在僵直和運(yùn)動(dòng)兩種行為狀態(tài)（即僵直向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變和運(yùn)動(dòng)向僵直轉(zhuǎn)變），大多數(shù)dmPFC神經(jīng)元編碼其中一個(gè)行為狀態(tài)，小部分可同時(shí)編碼兩種行為狀態(tài)。編碼上述兩種狀態(tài)的神經(jīng)元群在響應(yīng)不同行為時(shí)表現(xiàn)相反的活性，即在僵直向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變過(guò)程中活性增強(qiáng)，在運(yùn)動(dòng)向僵直轉(zhuǎn)變過(guò)程中活性減弱。這些結(jié)果表明dmPFC神經(jīng)元編碼觀察性恐懼學(xué)習(xí)多個(gè)成分。

圖1：dmPFC神經(jīng)元參與觀察性恐懼學(xué)習(xí)

2、dmPFC→l/ vlPAG環(huán)路調(diào)控觀察性恐懼

已有研究表明dmPFC可投射大腦多個(gè)區(qū)域，其中外側(cè)和腹外側(cè)中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)(l/vlPAG)和BLA在行為決策、防御行為和恐懼行為編碼過(guò)程中具有完全相反的作用。病毒示蹤實(shí)驗(yàn)揭示dmPFC→l/ vlPAG 和 dmPFC→BLA 兩個(gè)環(huán)路幾乎不存在重疊，即獨(dú)立的。光纖鈣成像記錄到“觀察者小鼠”看到“演示者”小鼠遭受電擊后dmPFC→l/ vlPAG活性增加，但dmPFC→BLA活性不變。此外，“觀察者小鼠”在聽(tīng)到聲音線索后dmPFC→l/ vlPAG活性增加，dmPFC→BLA活性降低。在光激活dmPFC→l/ vlPAG環(huán)路后減弱僵直行為，抑制該環(huán)路增強(qiáng)僵直行為。意外的是，在記憶提取過(guò)程中抑制dmPFC→l/ vlPAG環(huán)路也會(huì)減弱僵直行為。

圖2、dmPFC→l/ vlPAG環(huán)路調(diào)控觀察性恐懼

3、dmPFC→l/ vlPAG環(huán)路的功能性輸入

基于dmPFC神經(jīng)元編碼觀察性恐懼學(xué)習(xí)多個(gè)成分，研究人員推測(cè)dmPFC→l/ vlPAG環(huán)路接受不同的輸入調(diào)控不同的功能。病毒示蹤實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)dmPFC→l/ vlPAG環(huán)路接受多個(gè)腦區(qū)輸入，其中BLA和腹側(cè)海馬（vHPC）在觀察性恐懼實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練中激活。光激活vHPC可引起dmPFC→l/ vlPAG的興奮性和抑制性反應(yīng)，激活BLA僅引起前饋抑制作用。光激活vHPC→dmPFC→l/ vlPAG環(huán)路可降低觀察性恐懼實(shí)驗(yàn)中的僵直行為，抑制該環(huán)路則促進(jìn)僵直行為。抑制BLA→dmPFC→l/ vlPAG環(huán)路減弱僵直行為。

圖3：dmPFC→l/ vlPAG環(huán)路的功能性輸入

結(jié)論：本文通過(guò)觀察性恐懼學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)揭示了dmPFC作為關(guān)鍵中樞，接受來(lái)自于杏仁核和海馬輸入，并輸出到中腦PAG調(diào)控觀察性恐懼學(xué)習(xí)過(guò)程。

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