在老鼠大脑恐惧如何持久化

大多数人都经历过,在他们的生活,突然意想不到的恐惧。即使在一个模糊的身影在黑暗的房间里原来只是一把椅子,你的心率仍然很高,手心出汗的,和你的感觉仍然警惕另一个威胁。这种持久的反应是一个持续的内部状态。持久性是区分一个内部的现象从反射的情绪状态,如跳跃时,听到一声巨响。

以类似的方式,老鼠展览恐惧应对威胁,比如一只老鼠的存在,这些行为似乎徘徊甚至威胁后消失了。发生了什么老鼠大脑在细胞水平上在这些持续的恐惧行为?一个神经科学家团队在大卫的加州理工学院实验室Anderson-Seymour奔驰生物学教授天桥陈Chrissy神经科学研究所领导的椅子上,霍华德休斯医学研究所研究员,天桥和克里希陈研究所主任Neuroscience-answer这个问题在一篇新论文中出现在杂志上自然9月16日。

为首的一个跨学科团队的努力前博士后学者安肯尼迪,前加州理工学院的科学家Prabhat Kunwar,和李Ling-yun博士后学者发现了神经机制潜在的持续恐惧反应。令人惊讶的是,这个团队发现,这些持续的反应是编码在一个中心的大脑被认为是更原始的进化和反射性。

“我们的发现是他们的首要意义表明,持续的恐惧状态并非仅仅由于持续的应激激素升高,传统上认为,还包括持续的大脑电活动,”安德森说。“这是令人惊讶的找到这样的神经动力学在下丘脑”——大脑的基本区域中所有的脊椎动物包括人类——“因为这种持续的活动往往是与认知功能有关,如工作记忆,在皮层。”

老鼠有一个良好的防御行为,如冰冻和逃离。在这项研究中,研究小组专注于某一特定方面的老鼠的恐惧反应老鼠:当一只老鼠出现在一只老鼠的实验领域,鼠标会拥抱的墙壁空间,而不是自由漫游。

在他们的研究中,研究人员特别关注一个大脑区域称为腹内侧下丘脑(VMH)。2015年,安德森实验室的研究人员发现,VMH编码的防御行为在老鼠身上。

“下丘脑是由神经学家普遍认为是一个原始的区域,控制机器人的方式反应。神经元接受刺激,做出相应的反应,并再次关闭,”肯尼迪说,他现在是西北大学生理学教授。“我们的工作表明,这并非总是如此。”

在这项新的研究中,研究小组发现,VMH神经元被激活时,看到一个伏附近的老鼠和他们保持活跃几十秒甚至老鼠后带走。一般来说,神经元通常只活跃的几毫秒。该小组还发现,能够诱导小鼠显示恐惧行为通过人为地刺激这些神经细胞,实际上使老鼠不再害怕通过人为地压制他们。

因为挥之不去的恐惧反应可能是由于一些挥之不去的老鼠的气味,研究人员检测了小鼠的恐惧反应,当他们面对只有声音频率的精确老鼠发声。在这种情况下,老鼠也显示持续性恐惧行为及其VMH神经元持续活跃,声音后几十秒,再次停止。

团队随后仔细看看VMH单个神经元的活动,而不是整体的活动区域。这就像检查每个音乐家的个人活动在一个管弦乐队,而不是听整个管弦乐队一起演奏。测量单个神经元活动表明,有两种截然不同的神经元的数量,每个反应的两种不同类型threats-rat声音与老鼠的存在。

如何持续的神经活动持续数十秒,当神经元只火的毫秒的活动?两种可能的机制可以解释这一点。首先,神经元可能形成一个所谓的神经反馈回路,导致他们的顺序激活,像跑步者在接力传递接力棒;或第二,神经元可能释放化学物质进入环境,使触发再活跃。另外,两者的结合情形神经反馈回路和释放neurochemicals-might在起作用。

肯尼迪开发的神经网络模型的第一个场景中,第二个场景中,和组合的两个发现从而准确预测持续刺激后神经活动以及刺激的身份(即。一只老鼠的实际存在或只有一只老鼠的声音)。只有组合模型可以解释这两种功能。

本文题为“Stimulus-specific下丘脑编码的一个持久防御状态。”Kennedy, Kunwar, and Li are the study's first authors.