小鼠背側(cè)導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)在先天脅迫下逃跑和僵立的不同編碼特征

鼠類為了躲避天敵常常表現(xiàn)出逃跑(flight)或僵立(freezing)的先天防御行為,該行為的產(chǎn)生與中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)(periaqueductal gray, PAG)有關(guān)。目前,背側(cè)PAG(dorsal PAG, dPAG)對這兩種防御行為的神經(jīng)編碼機制尚需要進一步研究。

該研究采用模擬天敵迫近的Looming和模擬天敵掠過的sweeping兩種視覺刺激范式誘導(dǎo)C57BL/6小鼠先天性防御行為,并將4×4的微電極陣列植入dPAG記錄小鼠產(chǎn)生兩種防御行為的神經(jīng)信號,從胞外動作電位(spike)和局部場電位(local field potential, LFP)中分別提取和分析兩種防御行為的神經(jīng)編碼特征。結(jié)果表明,dPAG在C57小鼠逃跑和僵立時神經(jīng)放電模式和編碼特征不同:逃跑行為比僵立行為的時間延遲更短,逃跑時dPAG的Spike發(fā)放率顯著升高,而僵立行為的則顯著下降;此外,兩種防御行為的dPAG神經(jīng)動作電位放電序列的峰峰間隔(Inter Spike Interval, ISI)分布差異主要表現(xiàn)在2～10 ms內(nèi),且逃跑行為高于僵立行為。兩種防御行為dPAG的LFP差異主要集中在theta頻帶,其中逃跑行為8～10 Hz,而僵立行為則在6～8 Hz。同步似然算法構(gòu)建腦功能網(wǎng)絡(luò)表明,逃跑和僵立時dPAG theta頻帶的腦功能網(wǎng)絡(luò)連接密度顯著增強。綜上所述,該研究揭示了視覺誘導(dǎo)的恐懼情緒在小鼠防御運動行為調(diào)制中發(fā)揮關(guān)鍵作用。Looming刺激模擬天敵迫近,誘發(fā)小鼠強烈的恐懼應(yīng)激產(chǎn)生潛意識快速逃跑行為;而Sweeping刺激模擬天敵掠過,刺激相對較弱可能誘發(fā)僵立行,揭示了小鼠dPAG在先天恐懼范式中誘發(fā)逃跑和僵立行為的神經(jīng)編碼機制,證實了恐懼核團在哺乳動物行為調(diào)控中的發(fā)揮重要作用。

該研究成果發(fā)表于《動物模型與實驗醫(yī)學(xué)(英文)》期刊(AnimalModelsandExperimentalMedicine, 2022, 5(6):491-501; https: //doi.org/ 10.1002/ame2.12276)