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【腦聲常談】動(dòng)物實(shí)驗(yàn)云課堂:簡(jiǎn)述自閉癥譜系障礙涉及的腦區(qū)

 腦聲常談 2023-09-16 發(fā)布于上海

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社會(huì)行為,即個(gè)體如何與同種個(gè)體進(jìn)行合作和競(jìng)爭(zhēng)在不同物種中廣泛存在。社會(huì)行為非常容易受到由神經(jīng)和神經(jīng)精神疾病,如自閉癥譜系障礙(ASD)引起的腦網(wǎng)絡(luò)功能障礙的影響,社會(huì)行為還受到多種神經(jīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的影響研究。嚙齒動(dòng)物表現(xiàn)出各種不同的社會(huì)行為,許多不同的行為范式用于研究社會(huì)行為相關(guān)的神經(jīng)回路基礎(chǔ)。ASD小鼠模型將為闡明異常社會(huì)行為的機(jī)制和潛在的治療靶點(diǎn)提供有效途徑。本文主要簡(jiǎn)單介紹嚙齒動(dòng)物社會(huì)行為背后的主要腦區(qū)。

社會(huì)行為包括同一物種的兩個(gè)或多個(gè)個(gè)體之間的各種交流和互動(dòng)。當(dāng)兩個(gè)同種個(gè)體遇到彼此,他們的互動(dòng)開(kāi)始包括接近,探究目標(biāo)個(gè)體作為社會(huì)刺激,緊隨其后的是一個(gè)完成階段,由刻板的運(yùn)動(dòng)模式產(chǎn)生目標(biāo)行為如攻擊,交配,或育兒。雖然社會(huì)行為的一個(gè)方面被認(rèn)為是天生的和刻板的,但它是由學(xué)習(xí)和記憶調(diào)節(jié)來(lái)支持它的靈活性。社會(huì)行為是由一個(gè)由多個(gè)大腦結(jié)構(gòu)組成的分布式大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)所介導(dǎo)的,社會(huì)行為的表達(dá)極易受到該網(wǎng)絡(luò)功能障礙的影響,這通常在神經(jīng)和神經(jīng)精神疾病的個(gè)體中,如中風(fēng)、精神分裂癥和自閉癥譜系障礙。ASD是一種常見(jiàn)的早發(fā)性神經(jīng)精神疾病,其特征是社交障礙和感覺(jué)-運(yùn)動(dòng)行為的限制性和重復(fù)性模式。許多不同的行為范式來(lái)建立嚙齒類動(dòng)物的社會(huì)傾向和潛在的神經(jīng)回路基礎(chǔ)。例如,在社會(huì)互動(dòng)的食欲階段,嚙齒類動(dòng)物表現(xiàn)出一種固有的社交傾向,即更傾向于探究同種物體而不是無(wú)生命的物體,這被稱為社交偏好。嚙齒類動(dòng)物可以花更多的時(shí)間探索新的個(gè)體,而不是熟悉的個(gè)體,這種能力被稱為社會(huì)識(shí)別或社會(huì)記憶。因此,當(dāng)他們多次探索相同的社會(huì)目標(biāo)時(shí),探究時(shí)間就會(huì)減少。嚙齒類動(dòng)物也表現(xiàn)出同理心的行為表現(xiàn),如觀察性疼痛和親社會(huì)行為,如對(duì)壓力過(guò)大的同種動(dòng)物的安慰。

mPFC社會(huì)行為中功能

mPFC在社會(huì)行為中發(fā)揮作用mPFC中的神經(jīng)元與伏隔核、杏仁核、腹側(cè)被蓋區(qū)和中縫核等不同的皮層下區(qū)域形成相互網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)認(rèn)知、情緒和行為。

當(dāng)小鼠接近一個(gè)陌生的鼠時(shí),一些mPFC神經(jīng)元的放電率增加,但光遺傳誘導(dǎo)的mPFC錐體神經(jīng)元興奮性的持續(xù)升高降低了社會(huì)互動(dòng)行為。越來(lái)越多的證據(jù)表明,mPFC以一種亞區(qū)域和投射目標(biāo)特異性的方式控制社會(huì)行為。在NAc處的前邊緣神經(jīng)元的投射末端的激活抑制了社偏好。在社會(huì)互動(dòng)過(guò)程中,基底外側(cè)杏仁核投射的邊緣下神經(jīng)元的活動(dòng)比BLA投射的PL神經(jīng)元更突出,抑制IL-BLA通路或激活PL-BLA通路會(huì)減少社會(huì)行為。激活mPFC-BLA這個(gè)通路抑制社會(huì)互動(dòng),抑制該通路則促進(jìn)社會(huì)互動(dòng)。由抑制性中間神經(jīng)元調(diào)節(jié)的局部回路機(jī)制也有助于對(duì)社會(huì)行為的復(fù)雜控制。PV陽(yáng)性中間神經(jīng)元的激活通過(guò)使興奮/抑制平衡神經(jīng)元正常化,部分挽救了mPFC錐體神經(jīng)元興奮性升高所引起的社會(huì)偏好的破壞。性別特異性回路及其活動(dòng)調(diào)節(jié)了社會(huì)行為的各個(gè)方面,因此,ASD的回路功能障礙也可能反映了這種性別水平的環(huán)路差異。投射到后室旁丘腦的mPFC神經(jīng)元的活動(dòng)在社交互動(dòng)過(guò)程中增強(qiáng),而這種投射的抑制降低了社交行為。青少年的社會(huì)隔離壓力,已知會(huì)導(dǎo)致成年期的社交能力缺陷,損害了社會(huì)暴露時(shí)這一途徑的激活。在成年期激活這一途徑可挽救了由青少年孤立造成的社交缺陷。mPFC在社會(huì)領(lǐng)域的功能作用可能是由這些非社會(huì)領(lǐng)域共同的一般認(rèn)知功能介導(dǎo)的。

mPFC-BLA回路是控制社會(huì)行為的重要途徑之一。一些ASD小鼠模型表現(xiàn)出異常這是mPFC-BLA回路和神經(jīng)調(diào)節(jié)的功能障礙突出異常導(dǎo)致社會(huì)行為缺陷,表明這一通路的功能改變與ASD的社會(huì)功能障礙至關(guān)重要。遺傳和表觀遺傳機(jī)制之間的相互作用在ASD模型小鼠的社會(huì)功能及其缺陷中也起著重要作用。

ACC在社交行為中的功能

ACC在社會(huì)行為中發(fā)揮作用,人類和嚙齒動(dòng)物的前扣帶回與主要涉及情緒信息處理、動(dòng)機(jī)和自主功能的各種大腦區(qū)域高度相關(guān),如眶額皮層、杏仁核、NAc、下丘腦和自主腦干核。ACC已經(jīng)涉及到社會(huì)認(rèn)知的各個(gè)方面-它的活動(dòng)與其他參考獎(jiǎng)勵(lì)和負(fù)評(píng)價(jià)相關(guān),如社交焦慮。ACC還參與了其他的情感狀態(tài)的處理。

觀察和學(xué)習(xí)是識(shí)別來(lái)自他人的獎(jiǎng)勵(lì)或懲罰線索的策略。當(dāng)一只小鼠觀察另一只小鼠接受足部電擊時(shí),觀察小鼠在沒(méi)有經(jīng)歷足部電擊的情況下表現(xiàn)出僵直行為,這一過(guò)程被稱為觀察性恐懼學(xué)習(xí)。ACC的失活損害了這種觀察性恐懼學(xué)習(xí)。ACC通過(guò)不同的投射來(lái)調(diào)節(jié)這些不同類型的社會(huì)認(rèn)知過(guò)程。ACC-BLA環(huán)路在由社會(huì)獲得的厭惡線索信息和獲得觀察性恐懼條件反射中起著至關(guān)重要的作用。此外,ACC-NAc回路調(diào)節(jié)疼痛和鎮(zhèn)痛的社會(huì)傳遞,而恐懼的社會(huì)傳遞則依賴于ACC-BLA回路。

IC在社交行為中的功能

島葉皮質(zhì)(IC作為一個(gè)獨(dú)特的皮質(zhì)區(qū)域,位于人類外側(cè)溝的額葉、頂葉和顳葉下方,在嚙齒動(dòng)物中,IC從背側(cè)到腹側(cè)分為三個(gè)分支,IC與感覺(jué)、情感、動(dòng)機(jī)和認(rèn)知系統(tǒng)有相互聯(lián)系,包括感覺(jué)和額葉皮質(zhì)、杏仁核、丘腦和NAc,以及神經(jīng)調(diào)節(jié)輸入有關(guān)。嚙齒動(dòng)物的研究表明,IC參與多種功能,包括多感覺(jué)整合、互感、疼痛、味覺(jué)、記憶、情緒、動(dòng)機(jī)、生理需求、如口渴和饑餓、厭惡狀態(tài)處理、和社會(huì)互動(dòng)等。

IC的非典型激活和連接與各種神經(jīng)精神疾病有關(guān),如精神分裂癥和ASD。從杏仁核后IC到中央核通路的激活而不是NAc會(huì)中斷正在進(jìn)行的社會(huì)互動(dòng),這可能是由于該通路介導(dǎo)的焦慮信號(hào)的行為抑制。社會(huì)刺激激活前IC中表達(dá)血管活性腸肽的中間神經(jīng)元,抑制這種神經(jīng)元亞型會(huì)損害社會(huì)偏好。此外,IC直接參與了社會(huì)探索行為的編碼。同理心是指感知他人的情緒狀態(tài)和理解他人的觀點(diǎn)的能力。它在許多物種中都很常見(jiàn),如人類、猿類、大象、海豚和嚙齒動(dòng)物,被認(rèn)為是親社會(huì)行為有利于其他個(gè)體。精神病和ASD中,同理心在各種精神、神經(jīng)和神經(jīng)發(fā)育條件中受損。雖然人類可能表現(xiàn)出最復(fù)雜的形式的親社會(huì)行為,嚙齒動(dòng)物也顯示各種行為表現(xiàn),如社會(huì)調(diào)節(jié)小鼠疼痛敏感性,觀察恐懼反應(yīng)足擊另一個(gè)小鼠會(huì)出現(xiàn)恐懼等。IC前部與ACC一起,形成了共情的情感和認(rèn)知方面最關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。在人類中,IC前部被直接體驗(yàn)和共情疼痛以及感覺(jué)和觀察厭惡激活。IC前部病變的患者表現(xiàn)出共情疼痛感知缺陷。此外,ASD患者在推斷他人的社會(huì)情緒方面表現(xiàn)出行為缺陷。此外,抑制NAc的島葉投射和IC后部BLA投射抑制了社會(huì)途徑,而IC的整體抑制不影響社會(huì)新奇偏好。對(duì)IC前部的抑制減弱了對(duì)痛苦的同種動(dòng)物的幫助。人類和嚙齒動(dòng)物的IC在共情的多種行為表現(xiàn)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用,對(duì)ASD模型小鼠具有重要意義。

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