蓝斑打开短暂窗口:恐惧记忆怎样变成冻结反应
雄鼠研究追踪前额叶两类响应群体与蓝斑NE系统,发现短暂记忆相关输入能与后续声音共同维持冻结,并让未配对线索暂时引出反应。
小鼠听到曾与威胁相连的声音,会停下动作,进入冻结反应。记住这段经历是一回事,把记忆转化为当下行为又需要什么?发表于PLOS Biology的研究,从背内侧前额叶(dmPFC)的两种神经响应出发,追到蓝斑(LC)与去甲肾上腺素(NE)调节。研究发现,短暂的记忆相关活动能够开启一段窗口,而持续的声音输入决定反应能否接着维持。恐惧记忆、感觉线索与脑内状态,就在这段转换中相遇。
dmPFC短暂与持续响应群体具有不同联系;LC–NE调节支持持续响应和冻结。NE信号尚未回落时,未配对声音可暂时引出冻结,延缓再摄取会延长这段窗口。
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同一个威胁声音,引出两种前额叶活动
声音与电刺激配对后,研究同步记录雄鼠dmPFC放电和冻结。有些兴奋性细胞在声音开始时只短暂响应,称为T细胞;另一些持续响应,称为S细胞。持续响应时长与声音及冻结时长相近。
把威胁声音延长或缩短,S细胞的响应随之改变,T细胞则仍偏向开头的短暂活动。尚未配对的声音没有引出同样明显的响应。两类时间图案,让研究区分启动相关信息与维持相关活动。
来源:Duan H et al. · PLoS biology · CC BY
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接收杏仁核输入与投向杏仁核,落在不同群体
接收外侧杏仁核(LA)输入的dmPFC群体偏短暂响应,投向基底外侧杏仁核(BLA)的群体偏持续响应,两个标记群体只有少量重叠。抑制投向BLA的细胞后,持续放电和冻结减少,短暂放电未明显下降。
切片记录还支持T相关群体直接连接S相关群体。不过,单独短暂激活上游输入,只引出S群体的短暂响应。持续活动因此还需要别的条件,研究继续寻找声音输入和神经调节的贡献。
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两类细胞,对调节信号的准备不同
RNA分析找到两群细胞在离子通道、黏附分子及NE相关受体上的表达差异,S群体的β1肾上腺素受体基因表达较高。电生理也显示,S细胞输入电阻更高,动作电位半宽较长、幅度较小。
基础内在兴奋性并未在两群之间呈现显著差异。差别因而不只是某群细胞普遍更易放电,而在于它们的结构、输入和调节受体具有不同特点。这也使NE成为接下来检验的重要信号。
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声音输入之外,β受体增强持续响应
颞叶联合皮层(TeA)的声音相关输入能强烈驱动S细胞。脑室内阻断β肾上腺素受体后,冻结和S细胞持续放电减少,T细胞短暂放电未显著改变。两类前额叶响应对这份调节信号有不同敏感程度。
在切片中,β受体激动增加S细胞兴奋性突触事件频率、减少抑制性事件频率,并使膜电位和内在兴奋性改变;两类事件幅度未显著改变。调节信号让持续响应群体更容易接续声音带来的输入。
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威胁线索激活LC,并提高前额叶NE信号
NE传感器记录发现,配对声音让dmPFC信号迅速升高,声音结束后缓慢回落;未配对声音没有引出明显升高。LC群体及TH标记群体也响应配对声音。抑制投向dmPFC的LC细胞群后,冻结减少。
继续追踪发现,LC接收TeA和dmPFC输入,T相关群体能有效驱动所记录LC细胞,S相关输入没有引出对应响应。部分LC细胞接收前额叶输入,又投回前额叶,组成一份能把短暂记忆相关活动接到NE调节的联系。
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前额叶启动信号与声音输入,在LC汇合
LC切片中,TeA输入引出明显响应;T群体输入也引出突触电流。回投dmPFC的LC细胞中,多数记录细胞响应前额叶输入。特定群体的联系,把记忆提取后的短暂活动与感觉输入放在同一调节节点。
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NE尚未回落时,另一声音也能引出冻结
十秒威胁声音结束后,NE信号还会持续一段时间,冻结却通常随声音结束。此时再给未配对声音,若间隔十秒可引出明显冻结,间隔三十秒则不能;延缓NE再摄取后,较晚声音也能引出反应。
将两秒威胁声音接上二十八秒未配对声音,也能维持持续响应与冻结。短暂启动信号与后续感觉线索合在一起,足以形成长反应;NE提供的调节窗口,则让原本不明显的线索暂时具有行为影响。
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同一记忆,行为还取决于接下来的输入
混合声音期间,LC与dmPFC NE信号持续升高。短暂激活特定LC群体后接未配对声音,同样可引出冻结。切片中,联合前额叶与TeA输入后,LC对TeA输入的响应暂时增强,而单独TeA刺激没有同样变化。
这项成年雄鼠研究揭示,提取记忆与表达行为之间,还有一段可被状态调节的转换。短暂记忆相关输入启动响应,后续声音维持活动,NE信号改变线索产生行为的机会。记忆内容相同,当下输入与神经调节状态仍能改变反应。
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