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紧张还是探索?两条杏仁核通路的默契配合

Nature communications · 2024-04-24

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Nature Communications · 研究前沿

紧张还是探索?两条杏仁核通路的默契配合

雄性小鼠研究揭示,杏仁核通向终纹床核的两组连接作用相反,并通过局部抑制网络与环境线索共同调节焦虑样行为。

原论文图8b局部:杏仁核中标记的投射细胞与纤维

面对陌生空间,动物需要在小心避险与向前探索之间拿捏分寸。大脑怎样让警觉跟着情境变化,而不是一直紧绷?2024年4月24日发表于 Nature Communications 的研究,把目光投向基底外侧杏仁核(BLA)与终纹床核(BNST)之间的密集连接。在雄性小鼠中,看似相邻的两条线路带来相反的行为变化;它们还在出发点和目的地彼此影响,让焦虑样反应有了随环境调整的可能。

关键发现

前部BLA主要连接adBNST,激活这条通路促进探索;后部外侧BLA主要连接ovBNST,通过抑制adBNST增加回避。两条通路对开放与封闭空间的转换呈相反响应。

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相邻的出发点,通向不同的站点

BNST背侧包含前背侧区adBNST和卵圆区ovBNST。前部BLA细胞的轴突几乎集中在adBNST;后部BLA则在ovBNST分布更密,同时也有一些连接到adBNST。大范围的一束投射,原来藏着不同的走向。

沿着接收区域向上追踪,投向adBNST的细胞分布在前后部BLA,投向ovBNST的细胞则主要位于后部。研究由此得到一张更细的连接地图,为理解相反的功能提供了解剖线索。

原论文图 1两组投射的空间分布
两组投射的空间分布
图1显示前部BLA主要连接adBNST,后部BLA偏向ovBNST,也保留adBNST投射。
来源:Han RW et al. · Nature communications · CC BY
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都是兴奋性输入,结果却一升一降

激活前部BLA输入,adBNST细胞放电增加。激活后部BLA输入,ovBNST细胞更活跃,adBNST细胞的放电却下降。两组输入都以谷氨酸传递兴奋信号,接收网络的整体响应却不同。

活体记录也呈现相同方向:增强前部投射细胞活动,adBNST钙信号上升;增强后部投射细胞活动,相应信号下降。从连接到群体活动,差异进一步浮现。

原论文图 2adBNST活动的双向变化
adBNST活动的双向变化
图2比较前后部输入对放电及活体钙信号的影响,adBNST呈相反的净响应。
来源:Han RW et al. · Nature communications · CC BY
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一个中继站,让兴奋输入变成刹车

关键在于ovBNST到adBNST的抑制连接。后部BLA输入带来的抑制电流,相对于兴奋电流更强;其中,招募ovBNST产生的抑制,比只招募adBNST局部网络更明显。

只激活后部BLA在adBNST中的末梢,adBNST放电会上升;转而激活ovBNST中的末梢,放电则下降。同一个上游区域的输入,经由不同接收区域,可以产生相反的净效应。

原论文图 3前馈抑制与接收区域
前馈抑制与接收区域
图3揭示ovBNST提供的强抑制,以及刺激两个接收区域时adBNST放电的不同方向。
来源:Han RW et al. · Nature communications · CC BY
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多向外走一步,还是更愿意躲开?

线路差异也体现在行为中。激活前部BLA至背侧BNST投射,小鼠在开放场中央停留更久,也更多进入高架十字迷宫的开放臂;激活后部投射,这些探索指标向相反方向变化。对应的通路抑制呈现相反作用。

两种激活都没有显著改变开放场的总行走距离。研究观察到的变化,更集中在对开放区域的接近与回避,而不是整体运动量的升降。局部阻断BNST的谷氨酸受体后,两条投射的行为调节作用都消失,支持它们在这一接收区域的直接输入参与调节。

原论文图 4两条投射与探索行为
两条投射与探索行为
图4展示中央停留、开放臂停留和进入次数的相反变化,总行走距离未显著改变。
来源:Han RW et al. · Nature communications · CC BY
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作用方向,还要看终点在哪里

后部BLA自身也并非一个功能一致的整体。偏内侧的细胞主要投向adBNST,偏外侧的细胞主要投向ovBNST;分别激活这两组连接,前者促进开放区域探索,后者增加回避。

因此,后部BLA至背侧BNST的整体激活,与它的单一支路激活,可以给出不同结果。细胞从哪里出发、在哪里落脚,以及当地如何处理输入,共同构成行为调节的线索。

原论文图 5后部BLA的两种输出
后部BLA的两种输出
图5比较后部内侧至adBNST、后部外侧至ovBNST两条连接,探索指标改变方向不同。
来源:Han RW et al. · Nature communications · CC BY
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迈进开放臂,两条线路走向不同方向

小鼠从迷宫封闭臂进入开放臂时,前部BLA至adBNST末梢活动下降,后部外侧BLA至ovBNST末梢活动上升。回到封闭臂时,两组信号各自反转。环境转换时刻,相反方向的群体响应随之出现。

与开放、封闭空间转换对应的相反响应,把情境与回路活动联系起来,也让前面的行为干预有了自然探索中的参照。另一组记录同时观察接收区域活动与行为:增强前部连接时,adBNST活动与探索一起增加;增强后部外侧连接时,adBNST活动下降,回避增加。

原论文图 7开放与封闭区域转换时的活动
开放与封闭区域转换时的活动
图7显示两组末梢活动随开放臂与封闭臂转换向相反方向变化。
来源:Han RW et al. · Nature communications · CC BY
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线路之间,也通过局部细胞相互牵制

在杏仁核内部,激活前部这组投射细胞,会压低后部外侧投射细胞的放电;反向激活也有抑制效果。局部抑制性细胞被招募,阻断GABA信号后,这种相互压低的作用消失。

两组细胞还接受来源不同的上游连接,听觉区、岛叶、腹侧海马和内嗅区域等输入的占比存在差异。不同信息入口与局部相互抑制,为相反响应提供了可能的组织基础。

原论文图 8两组投射细胞之间的抑制
两组投射细胞之间的抑制
图8展示两组投射细胞经局部网络产生相互抑制;上游输入分布的比较见原文图9。
来源:Han RW et al. · Nature communications · CC BY
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焦虑的刻度,来自多处连接的配合

这项研究把“促进探索”和“增加回避”两种作用放进了同一张回路图:出发点的局部抑制、终点的前馈抑制,以及不同的上游信息,可能共同参与情境调节。作者据此提出协调模型,解释两组功能相反的通路怎样配合。

证据来自雄性小鼠的细胞活动和探索行为。不同BNST细胞类型怎样分工、雌性是否具有相同规律,仍有待揭示。面对变化的环境,警觉并非只靠某个脑区开大或关小;细分连接之间的配合,让我们看见了更丰富的调节层次。

原论文图 10作者提出的协调模型
作者提出的协调模型
图10为作者提出的模型示意,整合相反的投射作用与局部抑制;模型中的整体协调解释仍需进一步研究。
来源:Han RW et al. · Nature communications · CC BY
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论文信息

Han RW, Zhang ZY, Jiao C, Hu ZY, Pan BX.
Synergism between two BLA-to-BNST pathways for appropriate expression of anxiety-like behaviors in male mice
Nature communications · 2024-04-24
DOI: 10.1038/s41467-024-47966-2