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两路输入抵达杏仁核,恐惧学习作用不同

iScience · 2024-09-04

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iScience · 研究前沿

两路输入抵达杏仁核,恐惧学习作用不同

小鼠恐惧学习中,LPB至杏仁核的输入与学习期作用密切相关,PVT输入呈现不同的干预结果。CB1受体还可调节LPB输入的兴奋性传递。

AI概念插画:小鼠与两路独立输入接触不同接收细胞的神经网络,不是实验图像或真实回路图

声音原本没有危险,经历与不愉快刺激的配对后,却能引起小鼠僵住。这种学习需要感觉信息与经历在大脑里建立关联。2024年发表于 iScience 的研究,比较中央外侧杏仁核(CeL)接收的两路输入:外侧臂旁核(LPB)与丘脑室旁核(PVT)。它们都能抵达CeL,也都在恐惧条件化后出现活动标记增加,干预结果却并不相同。沿着接收细胞和CB1受体继续追踪,研究呈现了恐惧学习中的回路分工与突触调节。

关键发现

学习期抑制LPB→CeL末梢,减弱后续情境与声音恐惧反应;对应PVT末梢抑制未见显著效果。CB1激活可压低LPB诱发的兴奋性电流,但LPB受体敲低未显著抵消局部药物的行为效应。

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情境与声音,留下不同线索

条件化后,小鼠在曾经历刺激的环境中,或听到配对声音时,僵住反应增加。研究随后在学习期暂时压低CeL整体活动,后续情境反应减弱,声音反应却未显著改变,训练期间的僵住也未显著变化。

若减少CeL中的GABA细胞,训练末期及后续两类测试的僵住都下降。短暂区域抑制与细胞群减少得到了不同结果,也提示进一步辨认具体细胞群的重要性:同在一个脑区,干预覆盖的对象和持续时间会影响行为表现。

原论文图 1CeL区域与GABA群体干预
CeL区域与GABA群体干预
原论文Figure 1:条件化行为及CeL干预;暂时区域抑制主要减弱情境测试反应,GABA细胞减少影响情境和声音反应。
来源:Gao JH et al. · iScience · CC BY-NC-ND
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SOM标记细胞,更容易被兴奋性输入调动

研究聚焦CeL中的生长抑素阳性细胞,简称SOM群。条件化后,这些细胞对注入电流的放电响应增强,接收到的微小兴奋性突触电流频率和幅度也升高。经验形成后,细胞自身响应与输入传递都发生了变化。

在学习期间抑制SOM群,训练最后一次声音出现时的僵住减少,后续情境与声音测试反应也减弱。该群体参与了受测恐惧学习过程,研究接下来寻找能把兴奋性信号送来的上游细胞。

原论文图 2SOM群的兴奋性与学习期作用
SOM群的兴奋性与学习期作用
原论文Figure 2:条件化后SOM群电流诱发放电及兴奋性输入增强;学习期抑制减弱后续测试反应。
来源:Gao JH et al. · iScience · CC BY-NC-ND
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都抵达CeL,活动变化却有选择性

逆向追踪标记了投向CeL的多个来源,包括LPB、PVT、终纹床核和腹侧被盖区。条件化后,LPB与PVT的活动标记增加,另两处对应比较未见显著变化。研究由此把重点放到这两条兴奋性输入。

组织共标显示,两处投射细胞多数带兴奋性标记,轴突与CeL SOM细胞相邻。连接与共同的活动增加只是起点,哪路输入在学习中起作用,还要看干预后留下什么变化。

原论文图 3CeL输入来源与SOM群联系
CeL输入来源与SOM群联系
原论文Figure 3:CeL上游追踪、活动标记与LPB/PVT输入接近SOM细胞的组织图像。
来源:Gao JH et al. · iScience · CC BY-NC-ND
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学习时压低末梢,后续反应减弱

抑制投向CeL的LPB细胞,后续情境与声音反应降低,训练期僵住却未显著改变。更短时程地抑制LPB在CeL的末梢,训练中后段及后续两类测试反应都减弱。两种方式共同支持这路输入参与学习。

抑制经LPB输入标记的CeL SOM细胞,也减弱后续反应。受测机械敏感阈值和Y迷宫表现未见显著变化。结果将LPB输入与特定接收群体联系起来,同时呈现出与这些受测感觉、空间行为指标不同的作用。

原论文图 4LPB细胞、末梢与接收群体干预
LPB细胞、末梢与接收群体干预
原论文Figure 4:LPB投射细胞、CeL内末梢及输入标记SOM群的抑制,均减弱后续情境和声音反应。
来源:Gao JH et al. · iScience · CC BY-NC-ND
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干预位置与时程不同,结果也不同

PVT投射细胞的较长时程抑制,减弱后续声音反应,情境测试与训练期表现未显著改变。只在学习期抑制PVT的CeL末梢,训练、情境及声音测试均未见显著变化。它没有重复LPB末梢干预的结果。

两种PVT干预作用位置与时程不同,投射细胞干预还可能涉及其他输出。作者提出PVT或参与学习后的处理,但这一解释仍需直接针对学习后时间窗检验。现有结果已经表明,两路输入的贡献并不可以互换。

原论文图 5PVT投射细胞与末梢干预
PVT投射细胞与末梢干预
原论文Figure 5:PVT投射细胞干预减弱声音反应,对应学习期末梢抑制的各项恐惧反应比较未显著。
来源:Gao JH et al. · iScience · CC BY-NC-ND
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CB1受体也出现在两路输入附近

LPB与PVT输入在CeL的末梢附近都有CB1受体标记。条件化后,CeL的CB1蛋白和LPB的受体转录本增加,PVT转录本却未显著改变。这种分子差异,与两路输入不同的行为结果并列出现。

CB1常与内源性大麻素调节有关,能够改变突触传递强度。受体表达升高并不自动意味着实际信号增强,研究因此继续在脑片中刺激LPB输入,直接观察接收细胞的电流变化。

原论文图 6两路输入的CB1标记与表达
两路输入的CB1标记与表达
原论文Figure 6:输入附近CB1标记及区域表达比较;CeL蛋白和LPB转录本增加,PVT转录本变化未显著。
来源:Gao JH et al. · iScience · CC BY-NC-ND
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能调节输入,却不只属于一条通路

激活CB1相关作用,LPB刺激诱发的SOM细胞兴奋性电流幅度降低;受体阻断则使电流增大。在学习前局部激活CeL受体,训练期僵住未显著改变,后续情境及声音出现时的反应降低。受体拮抗可部分抵消这种行为作用。

降低LPB的CB1后,声音出现前僵住增加,声音期间的对应变化未显著。与药物组合时,敲低组没有显著抵消药物效应。这项主要使用雄性普通小鼠及Vgat遗传模型的研究,将学习期输入分工与突触受体调节放到一起,呈现出恐惧关联形成时不同环节的作用。

原论文图 7CB1调节兴奋性输入与行为
CB1调节兴奋性输入与行为
原论文Figure 7:CB1相关药理改变LPB诱发电流和后续恐惧反应;LPB受体敲低未显著抵消局部激动剂的行为效应。
来源:Gao JH et al. · iScience · CC BY-NC-ND
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论文信息

Gao JH, Liu YY, Xu HX, Wu K, Zhang LL, Cheng P, Peng XH, Cao JL, Hua R, Zhang YM.
Divergent input patterns to the central lateral amygdala play a duet in fear memory formation
iScience · 2024-09-04
DOI: 10.1016/j.isci.2024.110886