【原】NBAch-ACx-BLA环路影响听觉相关恐惧记忆的辨别能力

脑声常谈 2023-03-15 发布于上海

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撰稿丨脑声常谈 木槿（笔名）

排版丨脑声常谈编辑团队

在大自然中生存，动物必须迅速对不同的刺激作出恐惧反应来应对环境威胁。现有研究表明，基底前脑(BF)中的胆碱能神经元作为感觉信息的丘脑外中继系统，来调节恐惧记忆。杏仁核接收BF发出的胆碱能信号对恐惧记忆至关重要。用光遗传学的方法兴奋来自基底核（NB）的胆碱能神经元，可以通过诱导基底外侧杏仁核（BLA）锥体神经元的放电，抑制或激活神经元活动，并在CTx-BLA环路中诱导长时程增强(LTP)来控制恐惧记忆消退。此外，起源于BF的胆碱能神经元轴突可以通过靶向兴奋或抑制听觉皮层细胞来调节听觉皮层协调，从而介导快速运动。然而，NB中的胆碱能信号是否会影响ACx-BLA环路对辨别听觉相关恐惧记忆（DAFM）的调节尚不清楚。

在此背景下，2023年03月06日，北京理工大学生命科学学院分子医学与生物治疗重点实验室庆宏、全贞贞课题组在 Translational Psychiatry 发文揭示了NB^Ach-ACx环路影响BLA集合以调节听觉恐惧记忆的辨别能力。

首先，课题组对WT小鼠的听觉皮层（ACx）脑立体定位注射进行了乙酰胆碱感受器的腺病毒（AAV9-Syn-ACh3.0），用10kHz的声音建立条件性恐惧，然后分别用10kHz和1kHz的声音去调取恐惧记忆。10kHz的声音明显可以调取比1kHz更多的恐惧记忆，相应的僵直率也更高，所激活的听觉皮层的乙酰胆碱能神经元也更多。然后分别在听觉皮层脑立体定位注射了乙酰胆碱N受体阻滞剂美加明（MCM）和乙酰胆碱M受体阻滞剂阿托品(Atropine)发现，MCM可以明显降低老鼠辨别听觉相关恐惧记忆（DAFM）的能力，而Atropine则对老鼠DAFM的能力没有明显影响。这些结果表明：ACx的nAChR对小鼠AFM的辨别能力有特异性的作用。

图1| ACh通过AChR参与了DAFM

图2| 在恐惧记忆编码阶段用光遗传调控ACx中ACh信号来调控DAFM

课题组又在chat-cre老鼠的NB脑区分别注射了抑制（NpHR3.0）或兴奋（chrimsonR）病毒，在恐惧记忆编码的阶段，定向兴奋或抑制NB^Ach-Acx投射，并在Acx注射乙酰胆碱的感受器，在恐惧记忆的调取阶段，观测Acx乙酰胆碱的含量。结果发现，抑制NB^Ach-Acx投射时，老鼠的听觉相关的恐惧记忆的鉴别能力是下降的。并且在1kHz进行恐惧记忆调取时Acx脑区的乙酰胆碱信号是增强的。而1kHz进行恐惧记忆调取时，无明显变化。兴奋NB^Ach-Acx投射时，老鼠的听觉相关的恐惧记忆的鉴别能力和Acx脑区的乙酰胆碱信号无明显变化。这些结果进一步证明：在编码阶段，NB^Ach-Acx投射信号是DAFM所必需的。

图3| 在恐惧记忆调取时光遗传操纵ACx中音频相关神经元的调节BLA印迹细胞以调节DAFM

接下来，课题组又在Acx注射了c-fos-rtTA和TRE-NpHR3.0或者TRE-oChEF，用10kHz的声音建立条件性恐惧，用dox开窗后，给予听目标频率的声音，然后在恐惧记忆调取时特异兴奋或者抑制听觉皮层目标频率相关神经元。结果发现：用10kHz的声音建立条件性恐惧，在用10kHz声音进行恐惧记忆调取的时候，抑制10kHz声音听觉皮层相关神经元可以明显降低老鼠的僵直率和变异指数。而用1kHz声音进行恐惧记忆调取的时候，兴奋10kHz声音听觉皮层相关神经元，可以明显提高老鼠的僵直率和变异指数。

为了探索恐惧记忆调取时不同的ACx神经元是否能调节BLA印迹细胞进而介导参与DAFM。课题组又在BLA 注射了c-fos-rtTA和TRE-Gcamp6s以观测BLA印迹细胞的钙信号变化。用10kHz声音建立条件性恐惧，然后抑制10kHz声音相关频率的听觉皮层相关神经元，用10kHz的声音进行恐惧记忆的调取时，BLA的钙信号明显减弱。然后兴奋10kHz声音相关频率的听觉皮层相关神经元，用1kHz的声音进行恐惧记忆的调取时，BLA的钙信号增强。用10kHz的声音进行恐惧记忆的调取时，BLA的钙信号也增强。这些结果表明：声音相关频率的Acx相关神经元可操纵BLA印迹细胞的神经活动，并在DAFM记忆调取阶段,区分电击配对听觉信号和无电击配对听觉信号。

图4| 在恐惧记忆编码阶段，NB^Ach-Acx环路影响ACx调节声音相关神经元活动

接下来，课题组又在chat-cre的老鼠的NB脑区注射了DIO-NpHR3.0的病毒，在恐惧记忆建立的时候，抑制NB^Ach-Acx环路，用dox开窗后予10kHz的声音刺激，然后分别给予1kHz和10kHz 声音进行恐惧记忆的调取，然后1.5小时后切片染Acx的c-fos结果发现：抑制NB^Ach-Acx环路后，用10kHz的声音进行恐惧记忆调取时，Acx激活的神经元减少了；用1kHz的声音进行恐惧记忆调取时，Acx激活的神经元增多了。这些结果表明：在编码阶段对NB^Ach-Acx抑制影响声音相关乙酰胆碱能神经元的激活，导致不同的ACx神经元在对不同频率声音的反应的时候容易发生混淆。

图5| 在恐惧记忆编码阶段抑制NB^Ach-Acx影响BLA印迹细胞的再激活

课题组又在chat-cre的老鼠的NB脑区注射了DIO-NpHR3.0的病毒，在BLA 注射了c-fos-rtTA和TRE-Gcamp6s以观测BLA印迹细胞的钙信号变化。在恐惧记忆建立的时候，抑制NB^Ach-Acx环路，同时开窗予10kHz的声音刺激。然后分别给予1kHz和10kHz 声音进行恐惧记忆的调取，部分观测BLA钙信号变化，部分1.5小时后切片染BLA的c-fos。结果发现：抑制NB^Ach-Acx环路后，1kHz的声音也能引起BLA脑区的钙信号活动增强（FigE）。而对照组却不能。统计BLA染的c-fos，抑制NB^Ach-Acx环路，与对照组相比，1kHz的声音也能激活BLA脑区的印迹细胞；然而，与对照组相比，10kHz的声音却只能激活BLA脑区更少的印迹细胞。这组结果表明：在恐惧记忆编码阶段，抑制NB^Ach-Acx环路会降低BLA印迹细胞的神经活性和再激活，导致AFM的鉴别能力降低。