中国科大在解析本能防御行为的神经环路方面取得新进展-皇冠体育平台

时间:2021-11-05 16:53:18 来源:中国科大新闻网

  对于包括人在内的所有哺乳动物来说,突然的声音或触觉刺激可以在毫秒时间内诱发机体产生下意识的惊跳反射(startle reflex),也就是我们常说的“吓一跳”。惊跳反射存在于哺乳动物的整个生命周期,它的产生可以将机体多处肌肉收缩反应紧急调动起来,保护容易受伤的部位,如眼睛与后颈部,也为后续进一步的防御反应,如原地冻结(freezing),逃跑(escape),躲避(avoidance)等做好准备。惊跳反射的程度可以指征机体的焦虑状态,其异常更是与创伤后应激障碍症(post-traumatic stress disorder, ptsd)、恐慌症(panic disorder, pd)等精神类疾病密切相关。尽管惊跳反射是一种重要的本能防御行为,但是控制惊跳反射的基本神经环路尚不清楚。


  11月4日,中国科大熊伟教授课题组在nature communications期刊发表题为“a brainstem reticulotegmental neural ensemble drives acoustic startle reflexes”的研究论文,揭示了耳蜗核-脑桥尾侧网状核-脊髓运动神经元这条神经环路在调控惊跳反射行为中的重要作用。


  在本研究中,课题组首先通过c-fos染色、在体电生理记录及在体光纤记录,发现声音诱发惊跳反射(acoustic startle reflex, asr)时,位于脑干的脑桥尾侧网状核(reticulotegmental nucleus, rttg)的谷氨酸能神经元被大量激活(图1)。随后,研究人员使用光遗传及化学遗传手段,发现特异性激活rttg谷氨酸能神经元可以观察到小鼠出现弹跳表现,颈部及后肢肌肉也能同步记录到肌电活动,这是典型的惊跳反射行为。而特异性抑制rttg谷氨酸能神经元则可以抑制小鼠产生惊跳反射,并且不会影响运动协调、步态、感知觉等其它行为。


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图1. 声音刺激诱发惊跳反射时,小鼠rttg内谷氨酸能神经元被激活


  随后,课题组对rttg核团的上下游进行了病毒示踪,发现rttg内的谷氨酸能神经元直接接受来自耳蜗核(cochlear nucleus, cn)的兴奋性投射,其中cn是声音信息传入大脑的第一级接收核团。光遗传/化学遗传特异性激活/抑制cn-rttg投射可诱发/抑制小鼠的惊跳反射。从肌肉处使用缺陷型狂犬病毒进行逆行追踪,发现rttg与脊髓运动神经元之间存在直接突触联系。更进一步的追踪实验结果表明,rttg谷氨酸能神经元在接受cn的输入后,直接投射到脊髓运动神经元(spinal motor neurons, mns),最终完成对颈部及四肢肌肉的控制(图2)。


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图2. cn-rttg-spinal mns环路介导声音诱发的惊跳反射行为


  该研究首次鉴定了一条rttg介导的控制惊跳反射的神经环路,加深了目前对本能防御行为神经机制的认识,也为后续进一步研究创伤后应激障碍、恐慌症等疾病中出现的惊跳反射异常行为提供了新的方向。


  熊伟教授课题组郭薇薇博士和范思佳博士为本文共同第一作者,熊伟教授为通讯作者。研究过程中,中国科大薛天团队、周逸峰团队以及北京大学李毓龙团队给予了协作与支持。该研究得到了基金委、科技部、中科院和中国科大的大力支持。


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