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气味怎样接到情绪:嗅觉输入招募皮层的刹车

Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · 2024-11-02

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Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · 研究前沿

气味怎样接到情绪:嗅觉输入招募皮层的刹车

急性应激小鼠中,佛手柑精油暴露伴随探索行为改善;嗅觉区域通向 ACC 的输入,通过局部抑制环节降低兴奋性活动。

AI 概念插画:小鼠与佛手柑气味的嗅觉联系

一种气味怎样让脑内活动发生变化?2024 年发表于 Advanced Science 的研究,把佛手柑精油的行为效应与一条具体神经联系接了起来。在急性束缚应激小鼠中,暴露后开放空间探索增加;前嗅核(AON)的兴奋性输入,能够招募前扣带皮层(ACC)里的抑制细胞。于是,一个看似矛盾的变化出现了:嗅觉区域更活跃,另一端部分兴奋性细胞的活动却下降。

关键发现

AON 到 ACC 的输入与局部 GABA 抑制环节参与精油暴露后的焦虑样行为改善;兴奋性输入最终可以通过中间神经元降低另一群细胞的活动。

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进入开放空间的机会增加

急性束缚应激后,小鼠在旷场中央和高架十字迷宫开放臂停留减少。精油暴露组在这些区域停留更久,进入次数也增加,总活动距离却没有明显变化。行为差别更集中于在哪里探索,而不是小鼠整体走得更多。

效果还取决于受测条件:较低浓度没有带来同样的行为改善,无气味的对照油也没有。实时位置选择中,应激小鼠偏向有精油的一侧,未经应激的小鼠则没有明显偏好。气味相关的行为选择,与动物当时的状态有关。

原论文图 1开放空间探索与气味位置选择
开放空间探索与气味位置选择
原论文 Figure 1:精油暴露组的开放空间探索增加,总活动距离相近,应激小鼠偏向精油相关一侧。
来源:Zhu MY et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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气味来了,AON 活动上升

AON 是嗅觉信息处理网络的一部分。精油暴露后,它的 c-Fos 活动标记增加,带有活动标记的细胞大多为谷氨酸能细胞。钙记录也捕捉到以兴奋性细胞为主的 AON 群体迅速响应,盐水对照没有相同变化。

较低浓度同样可以激活 AON,却没有明显的探索行为改善。局部活动被调动,与完整行为效应不是一回事。进一步抑制这群 AON 细胞,精油暴露后的开放空间探索减少,说明它们参与了这一应激条件下的行为变化。

原论文图 2AON 的气味响应与细胞抑制
AON 的气味响应与细胞抑制
原论文 Figure 2:精油暴露增强 AON 活动标记与钙响应;抑制 AON 细胞削弱暴露后的开放空间探索。
来源:Zhu MY et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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同一路输入,接到两类细胞

嗅觉信息从鼻部进入嗅球,再传到 AON 等区域,并继续进入更高层次的处理网络。研究关心的不只是气味有没有被感知,还包括信号怎样从嗅觉区域抵达与应激相关的皮层,改变局部细胞之间的关系。

AON 输出并不只通向 ACC,它还连接多个其他脑区。研究选中参与应激相关反应的 ACC 继续追踪,发现 AON 兴奋性细胞可以直接联系这里的谷氨酸能细胞,也能联系 GABA 抑制性细胞。

这意味着“兴奋性输入”只描述信号进入时的性质,不能直接预测整个区域最终怎样变化。输入若招募了局部抑制细胞,就可能把另一群细胞的活动压低。接下来的突触记录,正是沿着这个分支检验信号怎样传递。

原论文图 3AON 到 ACC 两类细胞的联系
AON 到 ACC 两类细胞的联系
原论文 Figure 3:顺向与逆向追踪支持 AON 兴奋性输入联系 ACC 的兴奋性和抑制性细胞。
来源:Zhu MY et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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先兴奋中间神经元,再降低下游活动

脑片记录显示,激活 AON 末梢可以引起 ACC 细胞的兴奋性突触响应,兴奋性细胞还随后收到较晚的抑制响应。直接激活 ACC 的 GABA 细胞,同样能使局部兴奋性细胞产生抑制性电流,支持皮层内部的抑制接力。

活体钙记录给出与之相符的群体方向:激活 AON 时,ACC GABA 细胞活动上升,另一群以兴奋性细胞为主的活动下降。嗅觉输入由此能够通过中间神经元,让 ACC 中受测兴奋性群体的活动下降。

原论文图 4突触响应与活体活动的不同方向
突触响应与活体活动的不同方向
原论文 Figure 4:AON 输入与 ACC 局部 GABA 细胞的突触响应,以及激活 AON 后 ACC 两类群体的相反钙变化。
来源:Zhu MY et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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原本失衡的两端,朝相反方向改变

较低受测浓度下,ACC 的 c-Fos 活动标记没有明显变化,进一步显示上游 AON 响应与下游区域整体状态的改变并不总是同时发生。

在应激小鼠中,ACC 兴奋性群体的钙活动增加,GABA 群体则降低。精油暴露后,前者下降、后者上升。脑片中细胞对电流输入的放电反应也出现相应改变,行为改善伴随着两类细胞不同方向的活动调整。

抑制通向 ACC 的 AON 细胞,会削弱这些活动变化;抑制 ACC GABA 细胞,也会削弱精油相关的探索改善。从上游到局部抑制环节,研究逐步把嗅觉区域的响应与皮层细胞活动、行为选择连接起来。

原论文图 5ACC 两类细胞的状态变化
ACC 两类细胞的状态变化
原论文 Figure 5:应激与精油暴露条件下 ACC 两类细胞的钙活动和兴奋性变化,及抑制 AON 投射细胞后的差异。
来源:Zhu MY et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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直接激活输入,也能改变探索

直接激活 AON 在 ACC 中的末梢,应激小鼠在旷场中央和开放臂停留增加,活动总距离保持相近。这种干预能够重现部分行为方向,支持这条联系具有调节应激后探索的能力。

相反,在精油暴露条件下抑制这批末梢,开放空间探索减少。激活与抑制从两侧检验了这条联系:它既能推动行为变化,也参与了当前模型中精油相关的改善,但 AON 的其他输出同样构成更广泛嗅觉网络的一部分。

原论文图 6AON 末梢激活与抑制的行为结果
AON 末梢激活与抑制的行为结果
原论文 Figure 6:AON 在 ACC 中的末梢激活增加应激后开放空间探索,末梢抑制削弱精油相关改善。
来源:Zhu MY et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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气味效应,也取决于它进入怎样的网络

这些发现来自成年雄性小鼠的急性应激模型,描绘的是气味相关输入与局部抑制怎样参与探索行为。它把嗅觉和情绪相关皮层接到具体细胞关系上,也显示同一种兴奋性输入,可以经过局部环节产生不同的活动结果。

论文信息

Zhu MY, Dong WY, Guo JR, Huang JY, Cheng PK, Yang Y, Liu A, Yang XL, Zhu X, Zhang Z, Wang Y, Tao W.
A Neural Circuit For Bergamot Essential Oil-Induced Anxiolytic Effects
Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · 2024-11-02
DOI: 10.1002/advs.202406766