跳至内容

噪声的回避反应,怎样接到中脑多巴胺系统

Nature communications · 2025-05-17

Table of contents

No titles in the blog post

Nature communications · 研究前沿

噪声的回避反应,怎样接到中脑多巴胺系统

小鼠研究追踪一条下丘—楔状核—腹侧被盖区联系:强噪声招募抑制性细胞,伏隔核外侧的多巴胺信号随之降低。

根据论文主题制作的 AI 科学概念插画

声音首先是一段物理振动,进入大脑之后,却可能变成动物急于离开的刺激。听见响声与回避响声之间,究竟发生了什么?2025 年发表于 Nature Communications 的研究,从小鼠听觉中脑出发,追踪强噪声怎样招募另一组中脑细胞,并改变伏隔核的多巴胺信号。这条联系把声音强弱与回避行为接在一起,也解释了为何同一套听觉输入会在不同响度下产生不同结果。

关键发现

下丘中央核的兴奋性细胞经楔状核招募 VTA 的 GABA 细胞,伴随伏隔核外侧多巴胺信号降低;削弱这条联系,能减轻受测强噪声下的回避和焦虑样行为。

阅读目录 · 7个部分

离开声音一侧,与减少开放空间探索

小鼠可以在有声音与无声音的空间之间移动。较强噪声让它们明显回避声音一侧,并减少在开放臂和明亮空间的停留;较弱噪声的行为效果不同。开放场中的总移动距离未显著改变;在位置回避任务中,声音一侧的活动距离则减少。

疼痛相关行为也取决于暴露条件:短时强噪声没有明显改变后足机械阈值,较长的四十分钟暴露则出现机械敏感度增加。声音带来的回避、探索变化和机械反应,并不是一开始就整齐地一起出现。

响度的作用也并非线性复制到所有行为:六十分贝的声音已经能引起一定回避,却没有与八十分贝一样明显的焦虑样变化。这种分离提示,离开某个空间与改变开放空间探索,可以有不同的响应门槛。

原论文图 1噪声条件下的行为差别
噪声条件下的行为差别
原论文 Figure 1:不同响度噪声的空间回避、开放空间探索,以及短时与四十分钟暴露后的机械敏感度。
来源:Zhou S et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
查看原图与英文图注 ↗

这一群细胞,不只响应声音

下丘中央核(CIC)是听觉中脑的重要节点。这里的兴奋性细胞对噪声强度作出不同响应,部分细胞也响应电击、夹尾或热刺激。单细胞记录揭示了响应的多样性:有些细胞被激活,有些受到抑制,还有些对当前刺激没有明显响应。

声音与伤害性刺激在部分细胞中相遇,让这群细胞具有超出简单音量读出的特点。降低 CIC 兴奋性细胞的活动,强噪声引起的回避和焦虑样行为减弱;直接激活它们,也能使动物回避相应空间。

原论文图 2多种刺激在 CIC 细胞中的响应
多种刺激在 CIC 细胞中的响应
原论文 Figure 2:单细胞钙记录与电活动显示 CIC 兴奋性群体中不同的声音及伤害性刺激响应。
来源:Zhou S et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
查看原图与英文图注 ↗

声音信息没有直接走向 VTA

研究接着追问,CIC 怎样影响与行为动机相关的腹侧被盖区(VTA)。解剖追踪没有发现两者之间的直接投射,却找到了楔状核(CnF)这个中继。CIC 能向 CnF 提供直接兴奋性突触输入,CnF 的兴奋性细胞又向 VTA 输送信号。

这条分支与传向听觉丘脑的联系具有不同的行为效果。激活 CIC 通向 CnF 的末梢可以引起回避,激活通向内侧膝状体的末梢却没有同样效果。声音被继续传递,与声音变成动物回避的对象,可以经由不同输出联系。

楔状核因此像一个接力站,把听觉中脑的输入送到另一种细胞组合中。研究还比较了听觉皮层的作用:在当前噪声条件下,抑制听觉皮层没有明显阻止相关回避及伏隔核多巴胺变化。这条中脑联系为声音引起的快速行为变化提供了一个解释。

原论文图 3楔状核连接听觉中脑与 VTA
楔状核连接听觉中脑与 VTA
原论文 Figure 3:解剖追踪与突触记录支持 CIC 经 CnF 联系 VTA,输入主要招募非多巴胺细胞。
来源:Zhou S et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
查看原图与英文图注 ↗

被招募的是一组抑制性细胞

CnF 输入在 VTA 中偏向联系 GABA 抑制性细胞。声音越强,这群细胞的钙响应通常越明显;降低它们的活动,则能减轻强噪声下的回避和焦虑样行为。进入中脑的兴奋性信号,因此可以通过抑制性细胞改变另一群细胞的状态。

激活 CIC 或其通向 CnF 的分支时,VTA GABA 群体活动上升,多巴胺群体活动则下降。两个群体的相反方向,让“声音更强”不再只是听觉区域中的变化,而与下游多巴胺系统接上了关系。

多巴胺在这里是一种随事件改变的神经信号,并非对动物全部情绪的统一评分。研究同时测量空间选择、探索和感觉反应,再通过细胞干预检验它们的联系;几类行为与信号一起比较,才能看出这条接力影响的是哪些具体结果。

原论文图 4VTA GABA 细胞的声音响应与干预
VTA GABA 细胞的声音响应与干预
原论文 Figure 4:VTA GABA 细胞随噪声强度变化的钙响应,及降低其活动后的行为和多巴胺信号变化。
来源:Zhou S et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
查看原图与英文图注 ↗

削弱接力,回避反应减轻

研究分别选中通向 CnF 的 CIC 细胞、通向 VTA 的 CnF 细胞,以及接收 CnF 输入的 VTA 细胞进行抑制。几个环节的干预都减轻强噪声相关的回避与焦虑样行为,也改善较长噪声暴露后的机械敏感反应。

更细的选择还锁定了既接收 CIC 输入、又通向 VTA 的 CnF 细胞。这让中继不再只是两个区域之间的解剖重叠,而成为能够影响行为结果的一组具体细胞。

原论文图 5不同连接环节的抑制结果
不同连接环节的抑制结果
原论文 Figure 5:抑制 CIC—CnF—VTA 联系中的投射或输入定义细胞群,减轻受测噪声相关行为。
来源:Zhou S et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
查看原图与英文图注 ↗

伏隔核外侧,出现不同的声音响应

噪声并没有在所有受测区域引起相同的多巴胺变化。伏隔核外侧的信号明显下降,背侧纹状体、前额叶和伏隔核腹内侧没有出现相同的清楚响应。这些受测区域呈现不同的响应特点,声音相关多巴胺变化具有空间差别。

在伏隔核外侧增强多巴胺末梢活动,或增强当地 D1 受体信号,可以减轻噪声相关回避和焦虑样表现,并改善较长暴露后的机械敏感度。未经噪声挑战时,增强末梢活动可以产生位置偏好,却没有明显改变受测焦虑样指标。

原论文图 6区域多巴胺响应与增强信号后的行为
区域多巴胺响应与增强信号后的行为
原论文 Figure 6:不同区域的多巴胺信号,以及增强伏隔核外侧多巴胺末梢活动或 D1 信号后的行为结果。
来源:Zhou S et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
查看原图与英文图注 ↗

声强经过接力,进入行为选择

这项成年雌雄小鼠研究,把强噪声、听觉中脑的兴奋输入、VTA 的抑制细胞和伏隔核多巴胺变化连成了可检验的关系。听觉网络并非只负责把声音传下去:不同输出分支与局部细胞之间的接力,还能参与决定动物愿不愿继续留在声音出现的地方。

原论文图 7研究提出的声音与回避模型
研究提出的声音与回避模型
原论文 Figure 7:研究提出的 CIC—CnF—VTA—伏隔核外侧模型,概括不同响度下的细胞联系和行为方向。
来源:Zhou S et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
查看原图与英文图注 ↗

论文信息

Zhou S, Zhu Y, Du A, Niu S, Du Y, Yang Y, Chen W, Du S, Sun L, Liu Y, Wu H, Lou H, Li XM, Duan S, Yang H.
A midbrain circuit mechanism for noise-induced negative valence coding
Nature communications · 2025-05-17
DOI: 10.1038/s41467-025-59956-z