科學家解析本能恐懼的腦功能聯接圖譜

　　4月9日，國際學術期刊《自然·通訊》發表了來自中國科學院腦科學卓越創新中心，包括深圳先進技術研究院腦認知與腦疾病研究所王立平課題組、武漢物理與數學研究所徐富強課題組、生物物理研究所陳霖團隊、中國科學技術大學畢國強課題組、昆明動物研究所徐林課題組和胡新天課題組聯合合作的研究論文Processing of visually-evoked innate fear by a non-canonical thalamic pathway，論文報道了此中科院腦科學卓越創新中心團隊在解析腦功能聯接圖譜領域具有突破性意義的原創成果，應用光遺傳學神經環路調控方法、多腦區活體電生理以及跨突觸病毒環路標記等技術，首次證實大腦中高度保守的皮層下神經通路中特定類型的神經元，能夠特異性檢測和快速處理不可預知視覺威脅刺激信號，導致動物產生非習得性恐懼樣防御反應行為。該成果為皮層下神經通路存在性這一神經科學界富有爭議的假說提供了最直接的實驗證據。論文的共同第一作者為深圳先進院王立平課題組的蔚鵬飛、劉楠和武漢物數所徐富強課題組的張志建。

　　人類的恐懼情感是物種進化與生存過程中最重要和最不可或缺的基本情緒表征之一，外界的恐懼刺激可以激發生物個體特定的防御行為產生，從而在其生存和繁衍中起到重要作用。對于后天習得性恐懼的形成，人們已經普遍認識了大腦邊緣系統杏仁核為核心的大腦習得性恐懼情感處理網絡，但是對于某些自然賦予的、不需要學習的對天敵或其他危險刺激而產生的本能恐懼反應，大腦處理這些信息的神經環路特征卻仍不甚清楚。人們曾推測在大腦主要的皮層視覺信息處理加工系統之外，還存在皮層下的“快速通道”，用于對特定的威脅刺激信息進行自動化的快速處理。但是，長期以來，人們一直缺乏直接的實驗證據，來證明相關神經環路特定細胞類型的聯結特征及其確切功能。

　　此研究中，腦卓越創新中心研究團隊綜合應用光遺傳技術、神經環路示蹤技術、動物在體多通道電生理記錄和行為學等手段，以小鼠為研究對象，解析了起源于皮層下感知覺整合中心上丘（superior colliculus）的中深層興奮性神經元，經過對應于靈長類動物丘腦枕（pulvinar）結構的丘腦外側后核（lateral posterior thalamic nucleus），快速到達外側杏仁核（lateral amygdala）的皮層下神經通路。上丘中深層興奮性神經元會特異性地響應天敵威脅的視覺刺激，通過丘腦的快速中繼通路將信號傳輸至外側杏仁核，并持續激活杏仁核神經元的活動。利用光遺傳學技術特異性的“關閉”或者“打開”這條通路的功能，研究人員發現這條通路特異性地介導了動物本能恐懼反應的產生。此項研究成果有望為進一步解析包括恐懼情緒在內的物種繁衍生存的基本神經環路特征和精神疾病的發生機制提供新的研究思路。

　　此研究是在中科院戰略性先導科技專項(B類)“腦功能聯結圖譜”和基金委重大研究計劃“情感與記憶的神經環路基礎”等項目支持下完成的。

研究成果示意圖：用光感基因神經調控技術毫秒級精準，細胞特異的解析出一條皮層下神經通路（黃色線路），可以不經過視覺皮層到達情感中樞杏仁核。此快速通路可以特異性處理小鼠對視覺威脅刺激的本能恐懼反應。用光感基因神經環路調控的方法實現了精準“開”與“關”這一行為。本能的恐懼反應，對物種的生存與繁衍至關重要。