杏仁核的两条支路,怎样教会小鼠趋近与避开?
同样带有Fezf2标记的杏仁核细胞,既有奖励响应,也有厌恶响应。学习把预告线索接到这些反应上,不同投射则分别参与寻求奖励和主动回避。
杏仁核常被联想到恐惧,但它同样帮助动物追逐好事。2021年10月18日发表于 Nature Neuroscience 的研究,把这两种方向放进同一个细胞标记中观察:在基底外侧杏仁核前部(BLa),Fezf2标记的细胞既能响应奖励,也能响应厌恶事件。随着学习,它们还会提前响应相应的预告线索。团队进一步把活动与投射、行为相连,发现通向伏隔核(NAc)与嗅结节(OT)的细胞群,分别参与避开不利后果与寻求奖励。
Fezf2标记群体内部存在奖励与厌恶响应亚群,学习后获得相应线索响应。通向NAc的群体偏向厌恶与回避,通向OT的群体偏向奖励与趋近;这些结果描述了受测细胞与任务中的功能分工。
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同一个标记,没有统一的喜恶答案
Fezf2标记主要位于BLa,属于其中一部分兴奋性细胞。观察尚未学习预告线索的小鼠,团队发现一些细胞对水响应、对气流不明显,另一些则相反;还存在少量两者都响应的细胞。这些细胞在空间上交错,并未分成两块整齐区域。
因此,基因标记提供的是进入一个群体的入口,而不是给它贴上固定的“好事”或“坏事”标签。相比之下,未被Fezf2标记的BLa细胞中,较大一部分更敏感于声音,显示同一区域内还有不同的信息分工。
来源:Zhang X et al. · Nature neuroscience · TDM
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先对结果响应,再学会听懂预告
在主动趋近与回避任务中,不同声音预告奖励、厌恶事件或无后果的中性情况。随着表现提高,响应奖励和厌恶预告的Fezf2细胞比例增加,中性线索的响应没有相同变化。声音的意义,逐渐进入了原本偏向事件本身的细胞活动。
跨阶段追踪的一部分细胞,把这一过程展示得更直接:原先响应奖励的细胞,后来对奖励线索响应;原先响应厌恶事件的细胞,则逐渐响应相应预告。并非每个结果响应细胞都获得线索响应,学习重塑的是其中的亚群。
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活动走在行动之前,但相关还不是全部
成功获得奖励的试次,奖励相关细胞对线索的响应更强;成功避开厌恶事件的试次,另一类细胞的相应响应更强。许多响应还早于舔舐或奔跑开始,而不是只在动作完成后出现。
学习后的群体活动,也能更好地区分奖励、厌恶与中性试次。这说明细胞群携带了可用于辨认后果的信息。它是否真正参与行动选择,则需要看改变活动以后,动物怎样行动。
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沿着出口追踪,两类功能逐渐分开
Fezf2细胞有多个下游,其中NAc与OT投射较密。按投射去向区分后,NAc方向的细胞群偏向响应厌恶刺激,OT方向则偏向奖励;学会任务后,两群也分别响应厌恶和奖励预告,中性线索没有明显响应。
两类投射细胞大部分不重叠,却仍有少量侧支联系。解剖上稀疏的侧支也可能产生明显突触响应,因此这是一种偏好性的连接组织,而非两套完全隔绝的线路。
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输入来源不同,为功能差异提供线索
追踪上游连接,NAc投射群体较多接收来自丘脑室旁核、皮层杏仁核和背侧中缝核的标记输入;OT投射群体则在梨状皮层、内侧膝状体腹侧部等来源上更突出。两群的区别,既出现在信号送往哪里,也出现在信号从哪里进入。
这些解剖差异为正负信息的分流提供了结构线索,但尚未逐一证明哪条上游输入决定了哪一种响应。局部细胞、经验与上下游联系怎样共同塑造功能,仍有待连接。
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降低活动,影响的是预告后的相应行动
训练期间抑制NAc投射群体,厌恶试次表现降低,奖励试次基本不变;抑制OT投射群体则影响奖励试次,厌恶试次未显著改变。学会之后再检验,也看到相应的预期奔跑或舔舐减少,而另一类行动保持相近。
另一组对整体Fezf2群体的抑制,使预告后的两类行动都减弱,实际奖励或厌恶事件引起的舔舐和奔跑却未显著改变。动物仍能做出这些动作,受影响的是根据预告提前行动的环节。
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一条支路让动物愿意接近,另一条教它主动避开
增强NAc投射群体,小鼠避开与激活配对的位置;增强OT投射群体则产生位置偏好,并能支持动物主动触发刺激。进一步测试中,NAc方向的激活可作为动物学习主动避开的不利后果,OT方向却不能支持同样回避。两种活动为行为赋予了不同方向的动机。
这些结果聚焦Fezf2标记群体,其他杏仁核至NAc细胞仍可能参与奖励。投向前额叶或外侧隔的末梢在受测位置任务中也未见同样效应。研究揭示的不是整个脑区的固定好恶,而是特定细胞与连接怎样把经历和预告接成行动。
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