已有研究表明啮齿类动物在遇到捕食者后焦虑水平升高,表现出明显的回避冲突的行为。啮齿类动物下丘脑捕食者防御网络主要由下丘脑前核( AHN)、下丘脑腹内侧核(VMH)和下丘脑背侧前核(PMd)等构成。
高焦虑水平的动物趋避捕食者的行为增多,此外,抗焦虑药物能够明显减少趋避捕食者的行为。焦虑行为和捕食者防御行为是否共享神经环路?
2022年12月3日中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)许晓鸿研究组发表文章揭示海马-下丘脑神经环路调控焦虑样趋避行为。
图1:陌生物体增加小鼠焦虑水平
小鼠在旷场实验大部分时间在周边区域自由活动,小部分时间在中心区域活动,但在中心区域放置陌生的物体(电池)后,小鼠进入周边区域的时间明显增多,进入中心区域的时间变得更少。有意思的是,即便是将电池换成玩具飞机或金属回形针,也能明显引起小鼠的趋避行为。这就表明陌生的物体引起小鼠的焦虑水平。
光纤钙成像技术发现放置陌生物体后,AHN区域抑制性神经元活性明显增加。而在接触熟悉物体时并不引起该类神经元的激活。光抑制AHN区域抑制性神经元后能够明显减弱陌生物体引起的趋避行为,而抑制AHN区域兴奋性神经元促进小鼠对陌生物体的趋避行为。
图2:AHN抑制性神经元可同时编码焦虑和捕食者防御行为
研究人员进一步通过c-FOS标记技术发现在陌生物体和捕食者气味均能激活AHN区域抑制性神经元,并存在很大程度上的重叠。单细胞水平钙成像也发现存在同时响应上述两种刺激的神经元,这些结果表明AHN区域抑制性神经元可同时编码焦虑和捕食者防御行为信息。
高架实验可评估啮齿类动物的焦虑水平,焦虑水平高的小鼠停留在开放臂的时间较少。他们发现与进入闭合臂相比,在进入开放臂区域时AHN区域抑制性神经元活性更强。反复暴露在高架实验中可增加小鼠的焦虑水平(进入开放臂区域减少),与此同时,AHN区域抑制性神经元活性也进一步增强。在光抑制该类型神经元可促进小鼠进入开放臂区域。
图3:腹侧海马下托投射到AHN区域抑制性神经元
逆行示踪实验发现AHN区域抑制性神经元接受来自于外侧隔核、内侧视前区(MPO)和终纹床核(BNST)等多个脑区的输入,其中接受腹侧海马下托(vSub)的输入最多。光纤钙成像技术发现小鼠在靠近或离开陌生物体vSub-AHN环路神经元活性增强,而抑制该神经环路后促进小鼠进入中心区域,减弱对陌生物体的趋避行为。
本文揭示了AHN区域抑制性神经元可同时响应捕食者气味和焦虑行为刺激,抑制该神经元后可减少焦虑样的逃避行为。