科學家解析出本能防禦樣行為的神經環路

北京時間6月12日，神經科學領域的國際學術期刊《神經元》（Neuron），在線發表來自中國科學院深圳先進技術研究院、深港腦科學創新研究院、中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心王立平團隊與中國科學院武漢物理與數學研究所研究員徐富強等合作的研究成果：A VTA GABAergic neural circuit mediates visually evoked innate defensive responses（《一條腹側被蓋區的 GABA能神經元相關的神經環路介導基於視覺的本能防禦反應》）的研究長文。該研究發現從上丘（Superior colliculus，SC）到腹側被蓋區（Ventral tegmental area, VTA）的GABA能神經元到中央杏仁核（Central nucleus of amygdala, CeA）的一條神經環路，介導基於視覺的天敵威脅誘發的本能防禦反應。深圳先進院腦認知與腦疾病研究所博士生周政、劉雪梅為論文的共同第一作者，王立平與徐富強為共同通訊作者。這也是繼今年5月13日，王立平團隊在《科學通報》（Science Bulletin）發表Characterization of glutamatergic VTA neural population responses to aversive and rewarding conditioning in freely-moving mice（《腹側被蓋區谷氨酸能神經元響應條件化獎賞與厭惡的特性》）研究論文後，在「本能防禦與逃避樣行為」的神經環路解析的又一進展。

物種通過視覺系統快速識別出環境線索中的天敵信息，如天敵的輪廓、大小、移動方向、移動速度等，以最快的速度做出最適宜的防禦樣反應，是維持物種生存與繁衍的最基本最不可或缺的大腦功能之一，具有跨物種的高度保守性。

為了探究大腦中是否存在特定的模塊化的區域或具體的神經通路，能夠快速檢測天敵的危險信號並根據環境線索選擇恰當的防禦反應策略，周政、劉雪梅等綜合利用光遺傳學、在體多通道電生理、膜片鉗、行為學、神經環路示蹤、光纖鈣信號記錄、藥物遺傳學等研究技術進行了研究。研究發現，VTA GABA能神經元介導了上視野危險信息的檢測以及本能的防禦反應的發生；VTA 多巴胺能神經元（Dopaminergic neurons, DA）的抑制對於小鼠「逃回窩」的狀態的維持是必要的；上丘的CaMKIIα到VTA的通路介導了視覺本能防禦反應；投射到CeA的長投射的VTA GABA能神經元參與了視覺本能防禦反應。

VTA參與了腦內重要的認知加工如獎賞、厭惡、成癮、動機、情緒、記憶等，眾多精神疾病的發生如精神分裂症、自閉症、抑鬱症、藥物成癮等常伴有VTA功能的異常。因此這項研究有望為研究VTA參與新的腦功能與腦疾病的發生提供可能依據。此外，對上丘與VTA的神經環路參與本能恐懼情感的深層次認識，將為人們深入理解物種生存、防禦策略的大腦機制以及探尋與恐懼、焦慮等負性情緒有關的認知障礙的治療靶點和干預手段，提供新的實驗依據。

這是王立平團隊在本能恐懼情感的神經環路研究領域取得的又一進展。2015年4月，王立平團隊利用上視野逼近的陰影視覺刺激範式（looming），率先解析了一條從上丘到視覺丘腦到外側杏仁核的皮層下快速通路介導本能防禦反應的「凍結樣」行為，研究發表在Nature Communications上；2018年3月，團隊研究證明了一條從藍斑到上丘的去甲腎上腺素能通路介導了壓力應激強化視覺本能恐懼的防禦反應，研究發表在Current Biology上。

該研究的合作者還包括麻省理工學院MIT教授馮國平和中國科學技術大學教授畢國強。此項目獲得國家自然科學基金重點項目、國家自然科學基金傑青項目、廣東省腦連接圖譜重點實驗室、中科院國際合作項目、深圳市發改委神經生物學學科建設、深圳市基礎研究學科布局等的資助；該研究方向也是深圳市科技創新委支持下的神經精神調控重點實驗室、深港腦科學創新研究院的研究方向之一。

圖：一條與VTA GABA能神經元相關的神經環路，該環路介導了視覺誘發的本能防禦反應，涉及從上丘中深層（IDSC）到腹側被蓋區（VTA）GABA能神經元到中央杏仁核（CeA）的神經環路。

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