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社交为何变得可怕?基底前脑与外侧缰核的一条联系

Nature communications · 2024-05-13

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Nature Communications · 研究前沿

社交为何变得可怕?基底前脑与外侧缰核的一条联系

经历负面社交学习后,小鼠面对陌生同伴也会退缩。研究追踪到基底前脑通向外侧缰核的兴奋性联系,发现群体响应与突触连接在其中呈现不同层次的变化。

原论文图5B局部:不同投射相关细胞的红绿荧光标记

靠近一个陌生同伴,原本可以是一次探索;经历负面学习后,同样的靠近却可能伴随犹豫和退缩。这种变化怎样进入大脑的行为调节网络?2024年5月13日发表于 Nature Communications 的研究,在成年雄性小鼠中追踪社交恐惧的表达,找到了基底前脑谷氨酸能细胞与外侧缰核之间的一条联系。经历社交恐惧条件化的小鼠,在接近同伴时,更大比例的相关细胞表现出活动升高;减弱其中通向外侧缰核的输入,社交回避和警戒姿势随之减少。研究还发现,连接强度发生了变化,而受测细胞的基础内在兴奋性并未同步升高。

关键发现

基底前脑至外侧缰核的谷氨酸能联系参与社交恐惧表达。经历相关学习后,群体响应增强、突触指标改变;抑制该投射减弱回避,但并未证明恐惧记忆被消除。

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面对新的同伴,退缩仍然出现

在社交恐惧条件化之后,小鼠面对未参与原先学习的陌生同伴,也会减少接近和互动,并更多出现身体前伸、后部保持距离的警戒姿势。这说明变化能够泛化到新的社交对象。同期开放场中的运动和焦虑样指标没有出现相同的显著改变,提示这组行为变化有其情境特点。

研究首先记录基底前脑的神经放电。社交接近时,有的细胞活动增加,有的下降,也有许多没有明显改变。条件化小鼠中,活动增加的细胞比例高于未条件化组,整体平均放电也更高。基底前脑的参与,由此首先表现为群体组成和响应水平的改变。

原论文图 1社交恐惧相关的基底前脑群体活动
社交恐惧相关的基底前脑群体活动
图1展示单细胞放电及群体分布。条件化后,社交时活动增加的细胞比例和平均放电升高,并非所有细胞同步增强。
来源:Wang J et al. · Nature communications · CC BY
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谷氨酸能群体,呈现更明显的响应

基底前脑包含多种细胞类型。进一步区分后,谷氨酸能群体在社交恐惧表达时呈现明显钙信号响应,与调查空笼时的反应形成差别。光学标记结合单细胞记录,又让这一线索落实到可识别的谷氨酸能细胞上。

在受测谷氨酸能细胞中,社交互动时放电增加的比例,从未条件化组的约10%升至条件化组的约43%。平均放电及相对基线的变化也更高。比例上升意味着更多相关细胞参与响应,同时仍有不少细胞保持不变或出现下降,保留了群体内部的多样性。

原论文图 3已识别谷氨酸能细胞的社交响应
已识别谷氨酸能细胞的社交响应
图3展示细胞身份相关记录与放电比较。条件化组中,社交响应增加的细胞比例更高,群体平均活动也增强。
来源:Wang J et al. · Nature communications · CC BY
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减弱细胞活动,接近行为随之增加

抑制基底前脑谷氨酸能细胞后,条件化小鼠在社交区域停留更久,接近次数和单次调查时长增加,警戒姿势减少。这个比较中的接近速度没有达到显著差异,开放场运动及相关焦虑样指标也未显著改变。行为改善因此呈现出具体的指标组合。

另一种抑制方式也获得了相近的社交结果。在没有经历恐惧条件化的小鼠中,抑制并未同样增加社交指标。细胞作用因动物的经历而呈现差别,提示它们与恐惧状态下的社交表达有关。对其他细胞类型的比较,也没有出现相同的社交改善模式。

原论文图 2谷氨酸能细胞抑制后的社交行为
谷氨酸能细胞抑制后的社交行为
图2展示社交停留、接近次数、调查时长与警戒姿势的变化;接近速度比较未见显著差异。
来源:Wang J et al. · Nature communications · CC BY
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同一脑区的输出,可以走向不同下游

基底前脑的谷氨酸能输出能够抵达外侧缰核和腹侧被盖区。脑片记录显示,两处都能接收来自这群细胞的兴奋性突触输入。存在连接,为信息传递提供了基础,但要知道社交恐惧时究竟哪一条更活跃,还需要比较状态变化。

外侧缰核常与负性情绪及厌恶处理相联系,腹侧被盖区则参与多种动机过程。两处都与情绪相关,却并不意味着基底前脑通过它们执行相同功能。研究于是按投射去向进一步区分上游细胞,比较各自的社交响应。

原论文图 4基底前脑与两处下游的兴奋性突触联系
基底前脑与两处下游的兴奋性突触联系
图4结合解剖与脑片突触记录,支持基底前脑谷氨酸能细胞与外侧缰核、腹侧被盖区之间的功能连接。
来源:Wang J et al. · Nature communications · CC BY
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社交恐惧时,缰核投射群体更活跃

投射追踪显示,通向外侧缰核与通向腹侧被盖区的基底前脑细胞大多分开,少部分同时关联两处。比较同一动物条件化前后的记录,外侧缰核投射群体在社交时的钙信号峰值增加,腹侧被盖区投射群体则未见同样的显著变化。

相应末梢活动的记录也支持这种差别。不同投射群体拥有不同的状态响应,让基底前脑从一个笼统的脑区,进一步分化为功能有所区别的输出网络。社交恐惧相关的增强,在这里更明显地落到外侧缰核这一方向上。

原论文图 5投射定义群体在条件化前后的活动
投射定义群体在条件化前后的活动
图5展示两类投射群体的部分重叠,以及外侧缰核投射群体在社交恐惧条件下增强的钙响应。
来源:Wang J et al. · Nature communications · CC BY
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减弱缰核方向的输入,回避随之减少

当基底前脑谷氨酸能细胞在外侧缰核的末梢受到抑制,条件化小鼠在社交区域的停留和接近次数增加,接近速度提高,警戒姿势减少;单次调查时长的组间差异未达到显著水平。没有经历条件化的动物,没有出现相同的社交改变。

抑制通向腹侧被盖区的相应投射,没有获得同样的显著改善。另一方面,在已经条件化的小鼠中,额外激活通向外侧缰核的投射,也没有让恐惧指标进一步显著恶化。回路的作用与原有状态相互关联,增强和减弱并不是简单对称的结果。

原论文图 6缰核末梢抑制后的社交行为
缰核末梢抑制后的社交行为
图6展示社交停留、接近与警戒姿势变化。多数相关指标改善,单次调查时长的组间比较未显著。
来源:Wang J et al. · Nature communications · CC BY
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变化更多落在连接上,而非基础兴奋性

行为时活动更强,不一定意味着细胞在任何条件下都更容易兴奋。脑片中,条件化组与对照组的静息电位、膜电阻及诱发放电数量没有显著差异。相比之下,基底前脑至外侧缰核突触的AMPA/NMDA电流比值升高,配对脉冲比值降低,提示突触前后环节都可能参与连接增强。

从社交时的细胞响应,到特定投射的行为作用,再到突触连接的变化,这项研究为社交恐惧表达勾勒出一条具体线索。它解释的是雄性小鼠特定经历后的行为调节,尚未确定人类社交恐惧的治疗效果。哪些上游信息塑造这条联系,外侧缰核再通过何种下游影响行为,也仍是值得追踪的问题。

原论文图 7内在兴奋性与突触指标的不同变化
内在兴奋性与突触指标的不同变化
图7显示受测内在兴奋性指标未变,而缰核突触AMPA/NMDA比值升高、配对脉冲比值降低,为连接可塑性提供线索。
来源:Wang J et al. · Nature communications · CC BY
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论文信息

Wang J, Yang Q, Yang Q, Liu X, Li J, Wen YL, Hu Y, Xu TL, Duan S, Xu H.
The basal forebrain to lateral habenula circuitry mediates social behavioral maladaptation
Nature communications · 2024-05-13
DOI: 10.1038/s41467-024-48378-y