浙大科学家展现让小鼠“闻风丧胆”的神经“开关”

本期导读：

老鼠嗅觉蓬勃，只要空气中泛起一丝天敌的气味，它会立马警醒地原地不动。当恐惧发生的瞬间，老鼠的脑壳里发生了什么？浙江大学医学院神经科学研究所的段树民院士和汪浩研究员对这一问题的神经机制举行了互助研究，研究效果于英国时间2016年1月4日16：00在Nature Neuroscience《自然-神经科学》上在线揭晓。

恐惧是一种情绪，喜怒哀乐也是情绪。已往，因为缺乏可以特异性调控某一类神经元的技术手段，研究情绪相对来说很有难度。近年来，得益于研究手段的进步和科学界的投入，有关情绪的研究泛起了比力快的生长。中国国家自然基金委有一项资助总额为两亿四千万人民币的“脑科学”重大研究计划，就是定位影象和情绪的环路基础。

有一种恐惧是天生的

恐惧对于物种的生存来说很重要，恐惧的动物会潜藏、逃跑或装死，以躲过天敌的袭击。动物在恐惧时，身体中会排泄一些激素和荷尔蒙，用来应对其时的危险；当无法逃避捕食者时，也可以减轻动物在遭受天敌撕咬时的痛苦。可是，过分的恐惧也会引发焦虑甚至抑郁。

神经科学将恐惧分为两类：一类是先天性恐惧。这是天生的，“自带”的，好比老鼠怕猫，有的人天生怕毛毛虫或者蟑螂，突然失重或者听到巨响也会畏惧；另一类是条件学习型恐惧，这是后天的，获得性的，在遇到伤害性的刺激后形成的条件反射，例如“一朝被蛇咬，十年怕井绳”，好比，对地震场景的恐惧影象。

人类现在已经知道，大脑中的杏仁核、前额叶皮层和海马区是与条件学习性恐惧高度相关的三个重要脑区。而对于先天性恐惧，现在人类对它还知之甚少。

我们通过四年的研究，有了一项有趣的发现——大脑中位于脑干四周位置的LDT（背外侧被盖区）对小鼠气味诱导的先天性恐惧具有决议性作用。

什么是气味诱导的先天性恐惧？小鼠的视觉很差，可是嗅觉很敏捷，它们主要就是靠气味和髯毛来分辨周边情况。有一种广泛接纳的化合物TMT，是从红狐狸的尿液中提取的物质，只要一闻到这股味道，小鼠就会吓得僵住，一动不动，甚至排便失控。

让小鼠“闻风丧胆”的神经机制

插图：气味诱导的先天性恐惧神经网络机制，实线为已经被我们证实的通路，虚线表现我们凭据文献假设存在的通路。OB：嗅球；BNST：终纹床核；MeA：杏仁内侧核；hypothalamus: 下丘脑；LHb：外侧僵核；LDT：背外侧被盖区 PAG：导水管周围灰质区；Basal ganglion: 基底前脑（图片来自于《NatureNeuroscience》论文原文）

我们接纳了光遗传学的手段。光遗传的技术可以让我们选择性的、定向控制某一类神经元的运动，用光来刺激光敏感通道，激活特定类型的神经元，再视察动物的行为学改变，这样，就能把庞大的神经环路剖析出来。

LDT（背外侧被盖区）从前被认为与快速眼动睡眠有重要关系。我们意外发现，当小鼠闻到红狐狸尿味，它的脑区中LDT在c-fos染色中被“点亮了”，也就是说，这个区域的神经元被兴奋了。从前，我们还从未把它看做是和情绪有关的脑区。

LDT很让我们意外，这个核团主要由多个种类，包罗GABA能，谷氨酸能和乙酰胆碱能神经元组成，GABA能神经元是一类抑制类的神经元，通常在大脑中起“刹车”作用。我们通过研究发现，LDT中有两类差别亚型的GABA神经元，PV阳性和SOM阳性。

当我们滴一滴这种物质到小鼠运动的区域，小鼠很快会警醒地愣住不动，心率加速，这是正常情况。而PV阳性的GABA神经元就像一个神经开关，当我们抑制它，小鼠就会变得胆大，红狐狸尿味并不能让它闻风丧胆。相反，纵然在没有外界气味诱导的情况下，当激活这种神经元，小鼠也会发生逃避、心跳加速、失禁等恐惧症状。另一种亚型的SOM阳性神经元则体现为相反的调治作用。进一步的研究发现，背外侧被该区控制恐惧的神经元的上游是僵核。已有的研究显示，僵核与抑郁症与焦虑有很大的关系，主要到场调控人和动物的负面情绪。

人类描绘大脑将越发精致

我们很兴奋在大脑中发现了这种精致的调控现象，GABA神经元的两个神经亚型像是有拮抗关系，一个兴奋会引发恐惧，另一个兴奋则会抑制恐惧。虽然都是GABA能抑制性神经元，对行为控制却可以发生完全相反的调治功效。

固然，这是一项很是基础性的研究。对于未来如何影响光临床诊断和治疗，另有很长的路要走。但这不故障我们举行一下畅想，好比，我们知道长时间的恐惧会发生焦虑或者抑郁，我们可以试想这两类核团是否可以成为干预靶点。当前，在人工智能也很重视脑科学的生长。研究情绪比研究认知更难，我们会在对情绪的神经机制的解读上继续努力。

随着人类对神经网络的研究越来越细，以后，人类形貌大脑的水平会越发精致。

浙大科学+++006期

执行主编

段树民 院士 浙大医学院神经科学研究所教授

汪 浩 研究员 浙大医学院神经科学研究所

今日编辑：王文靖