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      中國科大在解析本能防御行為的神經環路方面取得新進展

      時間:2021-11-05 16:53:18 來源:中國科大新聞網

        對于包括人在內的所有哺乳動物來說,突然的聲音或觸覺刺激可以在毫秒時間內誘發機體產生下意識的驚跳反射(startle reflex),也就是我們常說的“嚇一跳”。驚跳反射存在于哺乳動物的整個生命周期,它的產生可以將機體多處肌肉收縮反應緊急調動起來,保護容易受傷的部位,如眼睛與后頸部,也為后續進一步的防御反應,如原地凍結(freezing),逃跑(escape),躲避(avoidance)等做好準備。驚跳反射的程度可以指征機體的焦慮狀態,其異常更是與創傷后應激障礙癥(Post-traumatic stress disorder, PTSD)、恐慌癥(Panic disorder, PD)等精神類疾病密切相關。盡管驚跳反射是一種重要的本能防御行為,但是控制驚跳反射的基本神經環路尚不清楚。


        11月4日,中國科大熊偉教授課題組在Nature Communications期刊發表題為“A brainstem reticulotegmental neural ensemble drives acoustic startle reflexes”的研究論文,揭示了耳蝸核-腦橋尾側網狀核-脊髓運動神經元這條神經環路在調控驚跳反射行為中的重要作用。


        在本研究中,課題組首先通過c-fos染色、在體電生理記錄及在體光纖記錄,發現聲音誘發驚跳反射(Acoustic startle reflex, ASR)時,位于腦干的腦橋尾側網狀核(Reticulotegmental nucleus, RtTg)的谷氨酸能神經元被大量激活(圖1)。隨后,研究人員使用光遺傳及化學遺傳手段,發現特異性激活RtTg谷氨酸能神經元可以觀察到小鼠出現彈跳表現,頸部及后肢肌肉也能同步記錄到肌電活動,這是典型的驚跳反射行為。而特異性抑制RtTg谷氨酸能神經元則可以抑制小鼠產生驚跳反射,并且不會影響運動協調、步態、感知覺等其它行為。


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      圖1. 聲音刺激誘發驚跳反射時,小鼠RtTg內谷氨酸能神經元被激活


        隨后,課題組對RtTg核團的上下游進行了病毒示蹤,發現RtTg內的谷氨酸能神經元直接接受來自耳蝸核(Cochlear nucleus, CN)的興奮性投射,其中CN是聲音信息傳入大腦的第一級接收核團。光遺傳/化學遺傳特異性激活/抑制CN-RtTg投射可誘發/抑制小鼠的驚跳反射。從肌肉處使用缺陷型狂犬病毒進行逆行追蹤,發現RtTg與脊髓運動神經元之間存在直接突觸聯系。更進一步的追蹤實驗結果表明,RtTg谷氨酸能神經元在接受CN的輸入后,直接投射到脊髓運動神經元(Spinal motor neurons, MNs),最終完成對頸部及四肢肌肉的控制(圖2)。


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      圖2. CN-RtTg-spinal MNs環路介導聲音誘發的驚跳反射行為


        該研究首次鑒定了一條RtTg介導的控制驚跳反射的神經環路,加深了目前對本能防御行為神經機制的認識,也為后續進一步研究創傷后應激障礙、恐慌癥等疾病中出現的驚跳反射異常行為提供了新的方向。


        熊偉教授課題組郭薇薇博士和范思佳博士為本文共同第一作者,熊偉教授為通訊作者。研究過程中,中國科大薛天團隊、周逸峰團隊以及北京大學李毓龍團隊給予了協作與支持。該研究得到了基金委、科技部、中科院和中國科大的大力支持。


        文章鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-021-26723-9


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