Cell子刊:深圳先进院首次发现压力应激强化视觉恐惧信号处理的神经环路机制

  研究大脑如何处理重要的输入信号并输出恰当的行为对我们理解大脑正常的工作机理至关重要,其中,对于恐惧信号的处理生死攸关,在进化上具有高度的保守性。在众多的精神疾病中,恐惧信息的处理异常比如被害妄想症、创伤后综合症等也很常见,背后的机理并不清楚,针对性的治疗也困难重重。 

  北京时间32,生物学领域的权威学术期刊Cell子刊《当代生物学》(Current Biology),以长文论文的形式(article)在线发表了中国科学院脑科学卓越创新中心深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所王立平实验室的最新研究进展“压力应激强化视觉恐惧信号处理的神经环路机制”(“Stress Accelerates Defensive Responses to Looming in Mice and Involves a Locus Coeruleus-Superior Colliculus Projection”)。这一发现将为深入揭示大脑对恐惧反应的调控机制,从神经环路结构与功能异常的角度理解精神疾病的发生机制、干预策略和治疗靶点,提供新的研究思路。 

  任何物种的防御反应对生物个体及群体的生存、繁衍都至关重要,这一过程由大脑中特定的神经环路控制。由于生物个体的生存环境瞬息万变,大脑需根据外界环境刺激以及大脑自身状态的变化随时选择不同程度的、最合适的防御策略。理解其内在的运算法则,将可以帮助我们深入地认识物种进化过程中大脑如何主动地适应周围环境,进而为了生存选择合适的防御策略。然而,其中具体的神经环路调控机制多年来一直是个谜团。 

  在此项研究中,李蕾、冯晓龙、周政等综合利用神经环路示踪、光遗传学、药物遗传学等技术方法发现:在压力应激下,位于脑干的蓝斑核团(locus coeruleusLC)被激活;光遗传学技术特异性调控LC中的去甲肾上腺能神经元,能诱发出动物的焦虑样行为,当恐惧信号袭来时,动物表现出更加显著的逃跑反应。团队又进一步验证发现,这一类神经元投射到了上丘(superior colliculusSC),并通过SC核团的去甲肾上腺能受体对视觉恐惧信号处理过程进行调控,加剧了动物的逃跑反应。 

  上述研究是王立平实验室基于前期研究成果所取得的又一阶段性重要进展。2015年该实验室在国际上率先解析出一条皮层下神经环路:上丘-丘脑-杏仁核介导了视觉危险信号的处理 Wei et al. 2015 Nat. Commun. ),该成果至今为止已被包括 Annual Review of Neuroscience Nature Neuroscience在内的顶级期刊引用达36次。这次取得的成果在上述基础上,进一步表明这种固有的、保守的神经环路可以在外界环境变化时被特定的神经环路所调控,显示出大脑在物种生存和演化的过程中可以恰如其分地选择最适宜的策略。

图1:压力激活脑干的蓝斑核团,并引起小鼠对视觉恐惧信号反应加剧

图2:光遗传学可以时空精准的调控特定神经环路,对防御行为进行调控

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