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医学院李晓明教授团队在《自然-神经科学》发文发现恐惧情绪的新环路

发布时间:2019-04-30来源:浙大新闻办作者:者也 卢绍庆1

北京时间4月29日23时,浙江大学医学院李晓明教授课题组在《自然-神经科学》(Nature Neuroscience)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》(“A novel cortico-intrathalamic circuit for flight behavior”)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(PTSD)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。

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。

恐惧是一种当机体面临可能会对生存产生威胁性刺激时产生的情绪反应。对于生物体而言,面对危险性刺激产生迅速有效的应对是保障物种生存和延续的关键。在长期的进化过程中,面对不同的环境时,生物体往往会进化出适应性的行动策略。例如:当我们认为该危险刺激源是可以控制或者躲避的时候,我们一般会倾向采取主动防御策略,即逃跑行为(flight)。当该危险刺激源是无法控制或者躲避的时候,则更倾向采用被动防御策略,如冻结行为(freezing)。

丘脑网状核(Thalamic reticular nucleus, TRN)是一个位于丘脑外背侧贝壳形态的核团,因为有很多皮层与丘脑之间相互投射的轴突束穿过该核团,这些轴突束与该核团共同形成了网状复合体结构,丘脑网状核的“网状”也是由此而来。丘脑网状核在脑中被认为是起着“门控”作用,负责过滤筛选皮层和丘脑之间的信息交换,被认为在选择性注意、睡眠中起着重要作用。但是,丘脑网状核亚区及其神经环路与恐惧性逃避的相关性尚不明确。

为了解决这一科学问题,李晓明教授团队的研究人员首先发现丘脑网状核中边缘亚区(limbic TRN)中小清蛋白(Parvalbumin,PV)阳性GABA能神经元的兴奋性与条件性逃避行为相关。然后,他们利用光遗传抑制limbic TRN中PV神经元的活动时,小鼠的逃避行为消失了,一动不动,出现冻结行为。而激活这群神经元时,小鼠则会产生防御性逃避、跳跃等行为。这表明limbic TRN中的PV神经元在防御性逃避中起着重要作用。

第3天逃跑行为中,Limbic TRN PV阳性神经元钙信号记录热图

那么,limbic TRN中PV神经元调节恐惧性逃避行为的神经环路机制是什么呢?接下来,他们利用顺、逆向病毒追踪的方法,分别找到了这群神经元的上游(前扣带皮层,Cingulate cortex,Cg)和下游(丘脑中背核,intermediodorsal thalamus nucleus, IMD)。通过激活Cg到limbic TRN这条环路,能够通过抑制下游IMD神经元的活动,减少对杏仁核(Amygdala)的兴奋性输入,进而促进动物产生防御性逃避逃跑行为。

《自然-神经科学》的评审专家对这一研究给予了高度评价:“这是一项非常好的研究,具有高度原创性和不被期望的发现(unexpected findings),该研究中利用光遗传技术双向证明了皮层-丘脑网状核-丘脑这样一条三级环路在调控动物的防御性逃跑行为中的关键作用,该环路是杏仁核介导的恐惧行为的重要上游”“这项研究不仅具有原创性,而且具有概念性的突破,为理解防御性逃跑行为作出了重要贡献”“该研究开辟了恐惧研究的新领域,为我们进一步研究动物面临恐惧性环境时是如何做决策提供了新的研究思路和方向”。

该研究得到了浙江大学段树民院士、陈家东研究员、汪浩教授和武汉中科院物理数学所徐富强研究员的大力帮助,受到国家自然科学基金重点项目和“情感和记忆的神经环路基础”重大计划集成项目等的资助。

文链接:https://doi.org/10.1038/s41593-019-0391-6 

左起:余小丹,沈晨杰,付佳毓,王浩,李晓明,李春悦,郑迪 

(文 者也/摄影 卢绍庆)