Nature：斯坦福科学家找到了脑内重要减压电路
2018-05-04 小通 生物通
斯坦福医学院的研究员在小鼠脑中确认了两个相邻的神经细胞群，当小鼠处于视觉威胁下，这俩群细胞的活跃度水平可以反应出小鼠的胆怯、大胆和凶猛行为。
斯坦福医学院的研究员在小鼠脑中确认了两个相邻的神经细胞群，当小鼠处于视觉威胁下，这俩群细胞的活跃度水平可以反应出小鼠的胆怯、大胆和凶猛行为。
恰好位于大脑中部（核心，nuclei）的这两个神经细胞群分别向不同脑区发送信号，点燃小鼠在视觉威胁下截然不同的行为。通过选择性地操纵俩群细胞的激活水平，可以控制食肉动物接近时的小鼠行为，如吓傻、装死、躲避到隐秘空间或攻击性地站起来。
神经生物学和眼科学副教授Andrew Huberman博士说，人的大脑很可能存在等效电路。如若如此，当人处于受威胁状态时，我们就能通过非入侵性手段调节两个核心信号强度平衡，帮助人们度过焦虑、恐惧或创伤后应激障碍，引导生活走入正轨。
“这项研究打开了让人类从瘫痪和恐惧中走出来的一扇新门，使我们能以更好的状态面对挑战，减少生存压力，”这篇《Nature》文章的通讯作者Huberman说。
小老鼠大冒险
老鼠的世界真的有很多危险，但是，这些小型啮齿动物竭尽全力地进化应付这些危险的能力，例如，天生害怕空中捕食者（鹰或猫头鹰），当一只老鼠看到猛禽飞过头顶时，它必须迅速做出选择，要么一动不动装死，要么躲进庇护所，如果附近有的话，要么疯狂逃命。
为了解老鼠在危险来临时的大脑活动变化，几年前，文章一作Lindsey Salay和神经生物学家Melis Yilmaz Balban博士（Huberman实验室的博后学者）设计了一个模拟捕食者的实验场景：这是一个大约20加仑容积的鱼缸，鱼缸天花板覆盖着显示屏幕，可以播放不断放大的黑色圆盘来模拟觅食中不断接近的鸟。
研究人员通过比较处于“安全”空间的小鼠，寻找暴露在这种环境下小鼠的更活跃脑区。Salay指出，一个名为腹侧中线丘脑（ventral midline thalamus, vMT）的区域可能是问题的关键。
Salay映射了vMT的输入和输出，发现它接收感觉信号和来自大脑内部区域的信号输入（如激励觉醒水平）。与其广泛的输入来源相比，vMT的输出定点则具有强烈的选择性。
科学家们追踪到了两个主要输出方向：基底外侧杏仁核（basolateral amygdala）和内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex）。众所周知，杏仁核是处理危险感知和恐惧的，而内侧前额叶皮层则与高级执行功能和焦虑有关。
进一步神经跟踪调查，通向基底外侧杏仁核的vMT神经细胞束被称为剑突核（xiphoid nucleus），通向内侧前额叶皮层，并紧紧包围剑突核的神经束被称为连接核（nucleus reuniens）。
接下来，研究人员选择性地改变小鼠脑内特定神经细胞集，刺激或抑制两条神经束的信号传导。特异性地刺激剑突核活动显著增加了小鼠遇到“危险”时“吓傻、装死”的倾向；激活连接核到内侧前额叶皮层通路活动，让小鼠做出了无论是野生情况还是实验室情况都非常少见的反应：小鼠明晃晃地站起来了，梆梆敲尾巴，这通常是作为侵略物种的行为，而不应该是弱小老鼠更倾向做出的本能反应。
Huberman 说，这种“勇敢”行为非常引人注目。“你可以听到它们的尾巴砰砰地撞在隔板上，这相当于老鼠在说：‘OK，我们来打一架吧！’刺激连接核让小鼠们在开阔空间乱跑，而不是径直跑向隐藏地点。这并不是因为连接核刺激让小鼠如坐针毡，因为没有模拟捕食者的情况，这些小鼠仍然会保持安静。”
在另一个实验中，模拟捕食者出现之前，持续刺激小鼠连接核30秒，同样会导致敲尾巴和在无保护区到处奔行为。这表明，刺激从连接核到前额叶皮层的神经元会引起大脑内部状态转变，让小鼠产生更有勇气的行为。
或者刺激vMT整体，或者刺激连接核都会增加小鼠瞳孔直径，这代表着自我激励意志的觉醒。暴露于捕食者模型中时间久了，小鼠也会变得习惯。这时，它们的自发vMT放电减少，自我激励意志水平降低。
Huberman说，人类大脑也有类似vMT的结构，他推测，患有恐惧症、持续焦虑或PTSD的人脑内故障电路或创伤事件可能会阻止vMT信号减少反复暴露而传递到应激诱导情景。他的研究小组正在探索深呼吸和放松视觉注意力等技巧如何调节人的激励状态，他们的想法是，减少vMT信号或改变人类“剑突核与连接核”的信号强度，可能会增加它们在面对压力时的灵活性。
原始出处：
Lindsey D. Salay, Nao Ishiko & Andrew D. Huberman.A midline thalamic circuit determines reactions to visual threat.Nature, 1–7
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