【原】NBAch-ACx-BLA環(huán)路影響聽覺相關(guān)恐懼記憶的辨別能力

腦聲常談 2023-03-15 發(fā)布于上海

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撰稿丨腦聲常談 木槿（筆名）

排版丨腦聲常談編輯團(tuán)隊(duì)

在大自然中生存，動物必須迅速對不同的刺激作出恐懼反應(yīng)來應(yīng)對環(huán)境威脅。現(xiàn)有研究表明，基底前腦(BF)中的膽堿能神經(jīng)元作為感覺信息的丘腦外中繼系統(tǒng)，來調(diào)節(jié)恐懼記憶。杏仁核接收BF發(fā)出的膽堿能信號對恐懼記憶至關(guān)重要。用光遺傳學(xué)的方法興奮來自基底核（NB）的膽堿能神經(jīng)元，可以通過誘導(dǎo)基底外側(cè)杏仁核（BLA）錐體神經(jīng)元的放電，抑制或激活神經(jīng)元活動，并在CTx-BLA環(huán)路中誘導(dǎo)長時程增強(qiáng)(LTP)來控制恐懼記憶消退。此外，起源于BF的膽堿能神經(jīng)元軸突可以通過靶向興奮或抑制聽覺皮層細(xì)胞來調(diào)節(jié)聽覺皮層協(xié)調(diào)，從而介導(dǎo)快速運(yùn)動。然而，NB中的膽堿能信號是否會影響ACx-BLA環(huán)路對辨別聽覺相關(guān)恐懼記憶（DAFM）的調(diào)節(jié)尚不清楚。

在此背景下，2023年03月06日，北京理工大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院分子醫(yī)學(xué)與生物治療重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室慶宏、全貞貞課題組在 Translational Psychiatry 發(fā)文揭示了NB^Ach-ACx環(huán)路影響BLA集合以調(diào)節(jié)聽覺恐懼記憶的辨別能力。

首先，課題組對WT小鼠的聽覺皮層（ACx）腦立體定位注射進(jìn)行了乙酰膽堿感受器的腺病毒（AAV9-Syn-ACh3.0），用10kHz的聲音建立條件性恐懼，然后分別用10kHz和1kHz的聲音去調(diào)取恐懼記憶。10kHz的聲音明顯可以調(diào)取比1kHz更多的恐懼記憶，相應(yīng)的僵直率也更高，所激活的聽覺皮層的乙酰膽堿能神經(jīng)元也更多。然后分別在聽覺皮層腦立體定位注射了乙酰膽堿N受體阻滯劑美加明（MCM）和乙酰膽堿M受體阻滯劑阿托品(Atropine)發(fā)現(xiàn)，MCM可以明顯降低老鼠辨別聽覺相關(guān)恐懼記憶（DAFM）的能力，而Atropine則對老鼠DAFM的能力沒有明顯影響。這些結(jié)果表明：ACx的nAChR對小鼠AFM的辨別能力有特異性的作用。

圖1| ACh通過AChR參與了DAFM

圖2| 在恐懼記憶編碼階段用光遺傳調(diào)控ACx中ACh信號來調(diào)控DAFM

課題組又在chat-cre老鼠的NB腦區(qū)分別注射了抑制（NpHR3.0）或興奮（chrimsonR）病毒，在恐懼記憶編碼的階段，定向興奮或抑制NB^Ach-Acx投射，并在Acx注射乙酰膽堿的感受器，在恐懼記憶的調(diào)取階段，觀測Acx乙酰膽堿的含量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，抑制NB^Ach-Acx投射時，老鼠的聽覺相關(guān)的恐懼記憶的鑒別能力是下降的。并且在1kHz進(jìn)行恐懼記憶調(diào)取時Acx腦區(qū)的乙酰膽堿信號是增強(qiáng)的。而1kHz進(jìn)行恐懼記憶調(diào)取時，無明顯變化。興奮NB^Ach-Acx投射時，老鼠的聽覺相關(guān)的恐懼記憶的鑒別能力和Acx腦區(qū)的乙酰膽堿信號無明顯變化。這些結(jié)果進(jìn)一步證明：在編碼階段，NB^Ach-Acx投射信號是DAFM所必需的。

圖3| 在恐懼記憶調(diào)取時光遺傳操縱ACx中音頻相關(guān)神經(jīng)元的調(diào)節(jié)BLA印跡細(xì)胞以調(diào)節(jié)DAFM

接下來，課題組又在Acx注射了c-fos-rtTA和TRE-NpHR3.0或者TRE-oChEF，用10kHz的聲音建立條件性恐懼，用dox開窗后，給予聽目標(biāo)頻率的聲音，然后在恐懼記憶調(diào)取時特異興奮或者抑制聽覺皮層目標(biāo)頻率相關(guān)神經(jīng)元。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：用10kHz的聲音建立條件性恐懼，在用10kHz聲音進(jìn)行恐懼記憶調(diào)取的時候，抑制10kHz聲音聽覺皮層相關(guān)神經(jīng)元可以明顯降低老鼠的僵直率和變異指數(shù)。而用1kHz聲音進(jìn)行恐懼記憶調(diào)取的時候，興奮10kHz聲音聽覺皮層相關(guān)神經(jīng)元，可以明顯提高老鼠的僵直率和變異指數(shù)。

為了探索恐懼記憶調(diào)取時不同的ACx神經(jīng)元是否能調(diào)節(jié)BLA印跡細(xì)胞進(jìn)而介導(dǎo)參與DAFM。課題組又在BLA 注射了c-fos-rtTA和TRE-Gcamp6s以觀測BLA印跡細(xì)胞的鈣信號變化。用10kHz聲音建立條件性恐懼，然后抑制10kHz聲音相關(guān)頻率的聽覺皮層相關(guān)神經(jīng)元，用10kHz的聲音進(jìn)行恐懼記憶的調(diào)取時，BLA的鈣信號明顯減弱。然后興奮10kHz聲音相關(guān)頻率的聽覺皮層相關(guān)神經(jīng)元，用1kHz的聲音進(jìn)行恐懼記憶的調(diào)取時，BLA的鈣信號增強(qiáng)。用10kHz的聲音進(jìn)行恐懼記憶的調(diào)取時，BLA的鈣信號也增強(qiáng)。這些結(jié)果表明：聲音相關(guān)頻率的Acx相關(guān)神經(jīng)元可操縱BLA印跡細(xì)胞的神經(jīng)活動，并在DAFM記憶調(diào)取階段,區(qū)分電擊配對聽覺信號和無電擊配對聽覺信號。

圖4| 在恐懼記憶編碼階段，NB^Ach-Acx環(huán)路影響ACx調(diào)節(jié)聲音相關(guān)神經(jīng)元活動

接下來，課題組又在chat-cre的老鼠的NB腦區(qū)注射了DIO-NpHR3.0的病毒，在恐懼記憶建立的時候，抑制NB^Ach-Acx環(huán)路，用dox開窗后予10kHz的聲音刺激，然后分別給予1kHz和10kHz 聲音進(jìn)行恐懼記憶的調(diào)取，然后1.5小時后切片染Acx的c-fos結(jié)果發(fā)現(xiàn)：抑制NB^Ach-Acx環(huán)路后，用10kHz的聲音進(jìn)行恐懼記憶調(diào)取時，Acx激活的神經(jīng)元減少了；用1kHz的聲音進(jìn)行恐懼記憶調(diào)取時，Acx激活的神經(jīng)元增多了。這些結(jié)果表明：在編碼階段對NB^Ach-Acx抑制影響聲音相關(guān)乙酰膽堿能神經(jīng)元的激活，導(dǎo)致不同的ACx神經(jīng)元在對不同頻率聲音的反應(yīng)的時候容易發(fā)生混淆。

圖5| 在恐懼記憶編碼階段抑制NB^Ach-Acx影響B(tài)LA印跡細(xì)胞的再激活

課題組又在chat-cre的老鼠的NB腦區(qū)注射了DIO-NpHR3.0的病毒，在BLA 注射了c-fos-rtTA和TRE-Gcamp6s以觀測BLA印跡細(xì)胞的鈣信號變化。在恐懼記憶建立的時候，抑制NB^Ach-Acx環(huán)路，同時開窗予10kHz的聲音刺激。然后分別給予1kHz和10kHz 聲音進(jìn)行恐懼記憶的調(diào)取，部分觀測BLA鈣信號變化，部分1.5小時后切片染BLA的c-fos。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：抑制NB^Ach-Acx環(huán)路后，1kHz的聲音也能引起B(yǎng)LA腦區(qū)的鈣信號活動增強(qiáng)（FigE）。而對照組卻不能。統(tǒng)計(jì)BLA染的c-fos，抑制NB^Ach-Acx環(huán)路，與對照組相比，1kHz的聲音也能激活BLA腦區(qū)的印跡細(xì)胞；然而，與對照組相比，10kHz的聲音卻只能激活BLA腦區(qū)更少的印跡細(xì)胞。這組結(jié)果表明：在恐懼記憶編碼階段，抑制NB^Ach-Acx環(huán)路會降低BLA印跡細(xì)胞的神經(jīng)活性和再激活，導(dǎo)致AFM的鑒別能力降低。