闻到威胁,痛样反应为何变弱?嗅觉皮层通向丘脑的一条抑制路线
雄性小鼠研究追踪前梨状皮层—丘脑内侧背核的联系,发现气味相关防御状态可以通过抑制性输出调节刺激反应。
同样的刺激,出现在不同状态中,动物未必作出同样反应。面对威胁时,伤害性刺激引出的行为会怎样变化?发表于 Nature Communications 的研究,以合成的威胁相关气味 2MT 为线索,追踪雄性小鼠前梨状皮层到丘脑的联系。嗅觉区域的抑制性细胞、下游神经元的兴奋性和多种行为观察,共同描绘出一条感觉与防御状态交汇的路线:气味并未改变刺激本身,却可以改变动物对它的反应。
气味募集的前梨状皮层群体,通过丘脑内侧背核的抑制性输出参与反应调节;基础敏感性与气味条件下的变化,涉及不同群体分工。
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换一种气味,同样刺激引出不同反应
2MT 条件下,未受伤小鼠的机械反应阈值和热反应潜伏期提高,一些伤害防御行为减少;炎症及神经损伤模型中的敏感反应也减弱。中性气味没有呈现同样效果。变化跨越几种观察条件,让团队把注意力转向气味引出的状态,而不只是嗅觉刺激的存在。
握力、缩爪运动学、平衡与协调等观察,没有显示所测运动能力下降。与此同时,威胁气味也会引起冻结等防御表现。行为结果因此是状态的一部分,研究还需要寻找神经活动的对应变化。接下来的问题是,哪一群嗅觉细胞能够把这种状态传给处理刺激的区域?
来源:Jia WB et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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前梨状皮层内部,气味反应各有侧重
前梨状皮层(APC)比后部梨状皮层出现更高的活动相关募集,抑制性细胞在被募集群体中的比例增加,兴奋性标记比例则没有明显组间变化。抑制性群体钙信号在部分呈现条件下增强,棉签条件的一项面积比较却没有显著差异。气味反应的强弱,随观察方式而有所不同。
兴奋性细胞同样响应气味,图中威胁与中性气味的直接比较未达到显著水平。这幅图景包含多种反应,而抑制性群体成为后续功能研究的重点。细胞身份与气味募集放在一起,能够问得更细:整个群体的作用,与实际参与威胁气味反应的细胞是否一样?
来源:Jia WB et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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基础调节与气味调节,显出不同任务
降低整个 APC 抑制性群体活动,会增强基础刺激反应并引起位置回避,同时削弱气味下的反应减弱。提高活动则增强冻结,减弱若干痛样反应,不过基础机械反应与对照的差异并未显著。整个群体的作用,涉及平时的敏感性,也涉及气味相关状态。
实际被气味募集的较小群体呈现另一种分工。降低它们的活动,基础机械与热反应不变,气味下的效果却减弱;提高活动可带来冻结和部分反应改善,基础热反应的对照比较仍未显著,开放场距离也降低。群体筛得更细之后,气味条件下的贡献逐渐显现。
来源:Jia WB et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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嗅觉抑制输出,遇上损伤后的兴奋性
APC 抑制性细胞有多个下游目标。神经损伤后,丘脑内侧背核(MD)的放电与膜性质出现兴奋性增强,另外两个受检目标没有同样变化。威胁气味条件下,MD 的异常兴奋性减弱,自发抑制电流发生得更频繁,单次电流幅度却没有明显变化。
解剖追踪与直接连接的电生理记录支持 APC—MD 抑制性输入。较早的一项受体阻断比较未显著,后续直接记录则补上更明确的连接证据。嗅觉皮层由此与一个损伤后发生变化的丘脑节点接上关系,局部抑制信号成为解释行为变化的一条具体线索。
来源:Jia WB et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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在 MD 附近,观察反应怎样变化
降低投向 MD 的 APC 群体活动,气味效果减弱,MD 兴奋性的相应改善也受到影响。在 MD 局部改变来源末梢活动,又得到方向相符的结果。细胞群体、输出位置和下游活动在这里相互呼应,让研究从区域联系进一步走到一段具体连接的贡献。
局部抑制的神经损伤机械指标,并非每个组内比较都显著。提高末梢活动后,神经损伤小鼠偏好与之配对的位置,未受伤小鼠却没有同样偏好。反应减弱和位置选择共同显示,这段输出的行为意义随痛样状态而变化,不能只用一个普遍的奖励效应解释。
来源:Jia WB et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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已有痛样状态,会改变气味防御吗?
团队也把问题反过来问。急性刺激、炎症或神经损伤,是否会改变威胁气味引出的行为?所测冻结、移动距离与气味区域行为没有显著组间差异。两个方向的观察因此并不对称:这些条件下,气味状态改变刺激反应,而已有痛样状态没有让气味防御出现同等变化。
来源:Jia WB et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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一条远距离抑制路线,连接两种工作
这项雄性小鼠研究,让嗅觉皮层参与刺激敏感性的方式变得具体。与气味相关的抑制性群体,把防御状态与丘脑活动联系起来;整个群体和气味募集群体还承担不同任务。感觉处理随状态变化,既体现在动物的行为,也能在一段远距离抑制输出中找到对应的神经变化。