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Nature发表光遗传学重要成果

神经科学家揭示出了在小鼠中负责编码积极和消极学习联系的脑回路。发现这两种回路在恐惧和奖励学习后显示出相反的活性,研究人员证实这种反向的活性可导致逃避或奖励驱动行为。在国立卫生研究院(NIH)的资助下,他们利用尖端的光遗传学工具指出了对于生存至关重要,并与精神疾病相关的这些机制。


NIH下属国家精神卫生研究所(NIMH)主任Thomas R. Insel博士说:“这项研究展示了一些新分子工具的能力——可以推拉同一回路看看是什么驱动了行为。并增进了我们对于情感记忆作用机制的认识,有望解开这些机制遭到破坏的一些脑回路混乱的秘密。”


麻省理工学院的Kay Tye博士、Praneeth Namburi博士和Anna Beyeler博士及同事们,将他们的研究结果报告在4月29日的《自然》(Nature)杂志上。


在这项新研究之前,科学家们就怀疑有一些最终牵连在一起的回路参与其中,但他们被一个看似自相矛盾的观点困住了。在大脑深处情感中枢杏仁基底外侧核(basolateral amygdala)中一些会聚回路的交叉点似乎与恐惧和奖励学习有关,但对于一个大脑区域协调接近和逃避这样两种相反行为的机制仍不清楚。一些信号在路径的这一岔口是如何找到正确道路的呢?


为了阐明这一问题,Tye和同事们探究了从交叉点发出的两种怀疑的回路投射(circuit projection,生物通译)是否有可能掌握着一些线索。一个投射到奖赏中心伏隔核(Nucleus accumbens),另一个投射到了恐惧中心——情感中枢的输出站杏仁中央内侧核 ( centromedial amygdala)。


每种回路投射都是由不同的交织在一起的神经元细胞群组成。研究人员首先利用荧光珠示踪剂分选出了属于每个回路的神经元。随后他们在小鼠经历了恐惧或奖励学习后检测了投射中神经连接的强度。他们训练动物或是对与电击配对的一种音调产生恐惧,或是将这一音调与糖奖励联系起来。


引人注目的是,在恐惧学习之后交叉点与奖励中心投射的连接减弱,而随着奖励学习增强。与之相反,交叉点与恐惧中心投射之间的连接随着恐惧学习增强,随着奖励学习减弱。


Tye认为,在解剖上交织在一起的回路中这些会聚的机制有可能掌握了一些线索,可帮助梳理积极和消极情感联系可能如何影响彼此。


为了证实投射识别回路和行为之间的因果联系,Tye研究小组转而借助于光遗传学,用光脉冲来控制对光敏感的基因工程动物中的脑回路。光刺激奖励中心投射增强了积极强化,而刺激恐惧中心投射则促进了消极强化。相似地,阻断恐惧中心投射可以破坏恐惧学习,并增强奖励学习。


最终研究人员还指出了两个回路的一些电生理、解剖和遗传特征。“鉴于许多精神健康问题,包括焦虑、成瘾和抑郁都有可能是由于情绪加工扰乱所引起,这些研究结果可能有助于为开发出一种基于回路的方法来治疗精神疾病铺平道路,”Tye说。


原文链接:A circuit mechanism for differentiating positive and negative associations


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