动与不动之间,背缝核细胞各有怎样的节奏?
小鼠应激应对测试中,背缝核细胞呈现不同放电方向。血清素相关群体以不动时降低为主,PV群体则更为多样;群体节律和突发放电也带有状态差别。
同一只小鼠从活动转为不动时,脑内细胞会一起安静下来吗?2022年5月31日发表于 Frontiers in Behavioral Neuroscience 的研究,记录了小鼠尾悬测试中的背缝核DRN活动。这里是脑内血清素系统的重要来源,也包含多种局部调节细胞。研究发现,行为切换并没有对应一个整齐划一的放电方向:不少细胞在不动时降低活动,少数反而升高。进一步辨认血清素相关与PV相关细胞后,这份差别又显露出不同组成,提示理解应激应对,需要同时看群体身份、状态和放电方式。
DRN放电对行为状态的关联具有异质性:SERT相关细胞多数在不动时降低放电,PV相关细胞包含两个方向;不动状态还伴随较高gamma功率占比和较少的突发放电。
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同一个脑区,不只有一种活动方向
研究同时观察小鼠行为和DRN神经单元的放电,将尾悬测试中的活动期与不动期进行比较。记录来自21只小鼠,共248个单元;单元数描述细胞采样规模,独立动物数量仍是另一层信息。把同一细胞在不同状态下的信号放在一起,有助于区分共同的状态变化和细胞之间原本存在的差别,也让后面的群体分类有了清楚参照。
从活动转入不动时,约61%的单元放电降低,约4%升高,其余没有明显同类变化。作者用S、D等字母标记这些响应类别,它们按行为关联定义,既不是已经确定的分子亚型,也不直接等同于动物内心的“求生”或“绝望”。
单细胞变安静,局部节律却能更突出
研究还查看了DRN局部场电位。在不动期,所分析gamma频段的功率占比高于活动期。这是群体电信号中某一频段所占比例的变化,提供了与单个细胞放电频率不同的观察角度。
因此,单元放电降低与节律占比升高可以同时出现。局部网络怎样共同组织活动,可能比一个平均放电值更丰富。此次比较建立了状态关联,尚未通过单独改变gamma节律来证明它会决定小鼠何时活动或停止。
大多数降低放电,也保留了其他响应
在辨认出的106个SERT相关单元中,约69%属于不动时放电较低的S类,约3%属于相反的D类。其余单元未归入这两个变化类别。SERT是血清素转运体相关标记,它帮助研究者辨认细胞身份,却没有让整个群体变成同一种响应。
波形分析中,不同放电形状没有清楚对应这两种行为关联类别。研究展示的细胞还可在熟悉笼内与尾悬情境中呈现不同响应:笼内动与不动的比较未必重现尾悬中的差别。行为的环境背景,因而与移动本身同样值得考虑。
来源:Zhou L et al. · Frontiers in behavioral neuroscience · CC BY
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PV相关细胞,两种方向都存在
PV即小清蛋白,常用于辨认部分抑制性细胞。这里辨认出的33个PV相关单元中,约52%是不动时放电降低的S类,约21%是不动时升高的D类。一个共同标记下,已经包含不同的行为关联方向。
这些单元的波形也有所不同,D类峰到谷的时间较短。研究还展示了尾悬整体情境与其中动、不动阶段之间的区别:某个细胞在尾悬中总体较活跃,同时仍可在不动阶段降低放电。不同参照下的结果,并不矛盾。
来源:Zhou L et al. · Frontiers in behavioral neuroscience · CC BY
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除了频率,成串方式也随状态变化
神经单元可以发出分散的单个脉冲,也可以在短时间内连续形成突发放电。研究对两类已辨认细胞进行了描述性比较:不动时,突发放电所占比例更少,单个脉冲占比较高。活动状态中的电信号组织方式,由此又多了一层差别。
频率和突发比例反映不同方面。即使总放电水平接近,脉冲是否成串也可能改变信息传递方式。此次研究并未同步测量血清素释放,也未直接检验突发放电如何改变行为;这些联系仍属于后续机制研究的问题。
来源:Zhou L et al. · Frontiers in behavioral neuroscience · CC BY
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细胞身份之外,还要看状态和情境
这项研究的价值,在于为DRN的异质性补上活体电活动细节。SERT相关细胞的多数方向、PV相关群体的双向分布,以及gamma和突发模式,让一个脑区在应激应对中的参与显得更加具体。它并未证明PV群体通过某个已确定的局部连接控制了全部血清素细胞。
尾悬中的不动是一种任务行为,仍会受到运动、情境和应对策略的共同影响。哪些细胞亚型承担因果作用、改变某种节律或突发模式能否改善相关表现,以及这些线索是否适用于人类,都需要进一步研究。