【原】腦科學頂刊導讀016期| Neuron：重壓之下，大腦如何抉擇？

brainnews 2020-10-24

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1，前額葉皮層中促腎上腺皮質激素釋放因子神經元在壓力環(huán)境中控制行為方式選擇

應激是指身體對任何內源性或外源性挑戰(zhàn)的自主神經和神經內分泌反應，這些應激刺激被認為是令人不愉快的、厭惡的或是有威脅的。文獻中指出，前額葉皮層(PFC)通過協(xié)調自主神經、神經內分泌和行為過程促進適應和生存，在調節(jié)應激反應中起著至關重要的作用。在應激情況下，個體會采取不同的行為方式。這些行為方式對生存是至關重要的，并且也形成了對應激壓力相關疾病的不同易感性的基礎。

促腎上腺皮質激素釋放因子（CRF）主要表達于下丘腦室旁核(paraventralnucleus, PVN)旁細胞神經元并由其分泌，是下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA)的主要生理激活因子，協(xié)調神經內分泌對應激的反應。CRF和內側前額葉皮層(mPFC)在應激行為反應中的研究占主導地位，而對mPFC中CRF神經元的作用還知之甚少。

基于以上的研究背景，本文采用形態(tài)學、電生理學和鈣成像手段，結合藥物遺傳學以及行為學等實驗方法，對其展開研究。首先，為了檢測mPFC中CRF神經元的空間分布，使用新開發(fā)的全腦成像系統(tǒng)以及免疫組織化學染色的方法，作者發(fā)現(xiàn)mPFC中CRF神經元是一種獨特的GABA能抑制性中間神經元亞型，這種神經元也直接參與了尾懸這一行為動作的過程。

接著對背內側前額葉皮層(dmPFC)中CRF神經元進行基因敲除或利用化學遺傳學抑制神經元的活性，發(fā)現(xiàn)小鼠在尾懸和強迫游泳環(huán)境中的不動時間明顯增加，并且誘導小鼠產生社交回避行為（圖1）。與此相反，激活CRF神經元在同樣的行為學測試下會產生相反的效果。（圖2）

圖1. 敲除dm PFC的CRF神經元可以增加懸尾的不動時間，并誘導產生社交回避行為

圖2. 激活dmPFC中CR F神經元可降低懸尾和強迫游泳壓力下的不動時間

為了研究dm PFC中CRF神經元的激活是否足以誘導應激下社交行為方式的改變，作者用重復社交挫敗方法對小鼠進行了造模，發(fā)現(xiàn)敲除或抑制dmPFC 中的CRF神經元增加了強迫游泳和懸尾的不動時間，誘導產生社交回避行為；相反，如果激活dmPFC中 CRF神經元不僅可以顯著降低強迫游泳和懸尾不動時間，還可以逆轉重復社交挫敗對行為的有害影響（圖3）。

圖3 CRF活性增加和減少對功能結果的總結圖

總之，這些結果表明，mPFC中CRF中間神經元在壓力應激條件下雙向控制動機性行為方式的選擇，并且為改善和治療應激壓力條件相關的疾病提供了新的研究思路和方法。

https://www./neuron/fulltext/S0896-6273(20)30060-X

2，中腦多巴胺系統(tǒng)控制著激勵記憶

對動機刺激的記憶，無論是有益的還是有害的，都會在相似的情境下被喚醒，并誘導接下來的行為選擇，正確形成對動機刺激的記憶對動物的生存是至關重要的。記憶的形成是由包括額葉、海馬、紋狀體和杏仁核在內的多個皮層和皮層下結構組成的分布式網絡控制的。這些腦區(qū)受神經調節(jié)系統(tǒng)的調控，例如多巴胺系統(tǒng)。

研究表明，在無脊椎動物和脊椎動物中，多巴胺神經元從根本上促進了記憶的形成。位于中腦腹側被蓋區(qū)的多巴胺神經元是中樞神經系統(tǒng)中最主要的多巴胺神經元群體。盡管腹側被蓋區(qū)多巴胺神經元在記憶形成中的作用已被確認，但控制記憶表達的確切多巴胺回路仍不清楚。

值得注意的是，中縫背核作為腹側被蓋區(qū)的上游核團，其中也存在有一定數(shù)量的多巴胺神經元。相對于腹側被蓋區(qū)多巴胺神經元，中縫背核多巴胺神經元數(shù)量較少。最近的研究表明，這些神經元參與覺醒、社交互動和恐懼反應。最近的一些研究表明中縫背核和腹側被蓋區(qū)中的多巴胺神經元表現(xiàn)出重疊但又不同的投射模式。

基于以上的研究背景，本文結合全腦單神經元重建、纖維光度學、光遺傳學、CRISPR/ cas9介導的體內區(qū)域特異性敲除、狂犬病篩查等方法，研究中縫背核多巴胺神經元在自然記憶和藥物成癮記憶表達中的作用。

作者首先發(fā)現(xiàn)中縫背核多巴胺神經元與腹側被蓋區(qū)多巴胺神經元在解剖學上是分離的，代表了一個獨特的中腦多巴胺系統(tǒng)并編碼獎賞和懲罰信息。使用特異性表達的鈣離子探針GCaMP6m，結合在體光纖記錄技術，對這些神經元在小鼠行為中的活性變化進行觀察，發(fā)現(xiàn)中縫背核中多巴胺神經元可能參與與獎勵和厭惡相關的學習和記憶相關的行為過程。

使用經典的條件位置偏好實驗發(fā)現(xiàn)，中縫背核中多巴胺神經元特異性地控制獎賞記憶的表達，而且在厭惡記憶的表達要比形成過程中更加重要（圖1）。中縫背核多巴胺神經元以一種學習依賴的方式在獎勵和厭惡刺激下被激活，并在回憶過程中表現(xiàn)出較高的活性。

圖1 中縫背核多巴胺神經元對獎賞記憶和恐懼記憶的表達至關重要

中縫背核和腹側被蓋區(qū)中的多巴胺神經元分別控制阿片類獎勵記憶的表達和形成，中縫背核多巴胺神經元參與阿片類相關藥物的記憶表達而非形成過程，也不調節(jié)阿片類獎勵記憶的再鞏固。

相反，腹側被蓋區(qū)腦區(qū)多巴胺神經元在藥物成癮記憶的形成過程中所起的作用比在藥物成癮記憶的表達過程中更重要。此外，阿片類戒斷記憶的形成和表達也需要中縫背核多巴胺神經元的參與。

為了研究中縫背核多巴胺神經元是否通過釋放多巴胺介導其行為功能，作者利用腺相關病毒介導的CRISPR-Cas9在體基因編輯技術（AAV-CMV-SaCas9-U6-sgRNA-TH）敲除中縫背核中的多巴胺合成，發(fā)現(xiàn)實驗小鼠的獎賞與懲罰記憶以及阿片類藥物成癮記憶的表達均受到顯著影響，來自中縫背核腦區(qū)多巴胺神經元的多巴胺釋放與傳遞，對與自然刺激和阿片類物質相關的獎賞和厭惡記憶的表達是至關重要的。