Neuron：大脑特定神经网络精细调控过滤“无价值”的信息

信息来源：u-g.cn 时间： 2023-03-16 浏览次数：24

Neuron：信息爆炸的社会怎么办？大脑特定神经网络精细调控过滤“无价值”的信息

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　　[Brainnews青年论坛第三期]—抑郁症模型中社交奖赏受损的神经环路机制

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　　在自然环境中，动物受到大量感官信息的轰炸。然而，它们能够过滤掉不重要的信息，并以自适应的方式快速响应动态环境。环境线索的价值由其相关的积极或消极结果决定。因此，检测和辨别外部信号的价值对动物的生存和生活至关重要。

　　之前大量关于价值信息的研究集中于不同的大脑结构和细胞类型如何参与厌恶或奖励相关的情绪处理，但如何从传入的感觉信号中提取出价值，以及价值信息沿着感觉处理路径的神经元表征，这在很大程度上仍不清楚。

　　近日，美国洛杉矶南加州大学凯克医学院生理学和神经科学系陶慧中教授团队和张砺教授团队合作在Neuron发表研究，研究人员直接锚定位于脑桥背侧的一个突出结构，即脑桥中央灰质（PCG），他们发现尽管PCG位于感觉处理的相对早期阶段，但它已经可以通过两个功能相对的神经元群体的活动来区分感觉价值。

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　　1.PCG谷氨酸和GABA神经元分别编码负价和正价

　　首先，研究人员利用了双室位置偏好测试，发现厌恶感觉刺激会使小鼠从刺激室很快逃到非刺激室。但是沉默PCG活性显著减少了这种回避行为和由厌恶性感觉刺激引起的运动增加[Fig.1A-D]。这表明，PCG在调节感觉诱发的厌恶中起作用。

　　此外，对PCG活性的抑制也会导致蔗糖的相对摄入量显著减少[Fig.1J,K]。这表明PCG的活性也在调节欲望行为（appetitive behavior）中也起作用。

　　Figure 1 PCG介导感觉诱发的厌恶和奖赏相关行为

　　通过进一步神经元类型分析，对PCG谷氨酸能神经元光遗传学激活发现其驱动负价特异性行为（激活后产生厌恶行为），而GABA能神经元的激活导致强烈偏好，驱动正价特异性行为[Fig.2]。因此，进一步表明PCG谷氨酸能和GABA能种群的活性分别与负价和正价相关。

　　Figure 2 PCG谷氨酸和GABA神经元分别驱动回避和偏好行为

　　2.PCG谷氨酸和GABA神经元共享相似的投射模式

　　由于PCG谷氨酸能神经元和GABA能神经元的激活产生了非常不同的行为结果，研究人员猜测它们是否投射到不同的下游靶点。通过顺行示踪，意外发现GFP标记的谷氨酸能和GABA能PCG轴突表现出相似的投射模式，主要在同侧[Fig.3]。

　　在PCG靶向的不同脑区中，结构如丘脑背内侧核（MD）、脑室旁丘脑（PVT）、下丘脑外侧区（LHA）、腹侧被盖区（VTA）、外侧视前区（LPO）和内侧隔-斜角带核（MS/DB）受到谷氨酸能和GABA能轴突的强烈神经支配。这些结构中的大多数都与动机行为有关。

　　Figure 3 PCG谷氨酸能神经元和GABA能神经元的投射靶点

　　3.PCG通过不同的下游靶点调节厌恶和奖励行为

　　哪个下游投射介导PCG依赖性行为效应？研究人员通过光遗传发现双侧刺激MD、VTA、LHA和MS/DB中的PCG谷氨酸能投射导致回避行为和增强觉醒。与谷氨酸能投射不同，PCG GABA能投射VTA、LHA和MS/DB（但不是MD）的刺激导致位置偏好和增强觉醒[Fig.4]。总之，这些数据表明PCG谷氨酸能神经元和GABA能神经元可能通过重叠但可区分的下游靶点介导厌恶和奖赏相关行为。

　　最后，研究人员发现，尽管PCG脑区谷氨酸能神经元和GABA能神经元共享一些共同的输入源，但这两个神经元群体之间最强的输入源明显不同。兴奋性神经元收到来自PRN的最强输入，而抑制性神经元则收到来自OFC的最强输入。因此，PCG谷氨酸能神经元和GABA能神经元接受不同的输入，这可能是由于它们在价值信息处理中的不同作用。

　　Figure 4 PCG谷氨酸能神经元和GABA能神经元通过可区分的下游投射介导行为效应

　　总结与展望

　　在这项研究中，通过细胞类型特异性方法，阐明了PCG介导的环路，将价值特异性感官信息传递到延伸的效价处理网络中。谷氨酸能神经元被厌恶性感觉刺激所激活并驱动回避行为，而GABA能神经元被奖励性刺激所激活并驱动欲望行为。充分说明，PCG可能是自下而上的感觉通路中的一个关键节点，以处理传入感觉信号的价值特异性信息，并介导适当的行为反应。值得注意的是，PCG还接收来自神经间核（IPN）的输入，IPN参与成瘾、焦虑和情绪调节。

　　综上所述，PCG谷氨酸能神经元和GABA能神经元的广泛输入（包括自下而上和自上而下）表明，它们的价值信息编码可能会受到多种因素的调制，其活动可能会根据输入源在不同的时间尺度上进行调节。

　　参考文献

　　Xiao, Cuiyu et al. “Glutamatergic and GABAergic neurons in pontine central gray mediate opposing valence-specific behaviors through a global network.”?Neuron, S0896-6273(23)00116-2. 28 Feb. 2023, doi:10.1016/j.neuron.2023.02.012

　　编译作者：Young（brainnews创作团队）

　　校审：Simon（brainnews编辑部）