上海欣软《动物行为实验手册》正在免费包邮发放中，《动物行为实验指南》是前者的进阶篇，全书预计600页+，内容更加详实严谨，印书版预计9月份完成，获取方式请关注公众号：脑声常谈的后续通知。
2023年8月8日，清华大学医学院苑克鑫、洪波团队在“Neuron”杂志上发表名为“A common thalamic hub for general and defensive arousal control”文章揭示小鼠听觉丘脑的内侧区参与一般和防御觉醒的控制。
一般性觉醒和特异性觉醒是动物多数动机行为的基础。然而，睡眠/觉醒障碍和对内部需求或外部提示的异常动机反应是许多神经精神障碍(如抑郁症)中经常伴随的两个突出症状。理论上，决定一般性和防御性觉醒的关建节点需要起到上传、下达的作用，一方面，它要能够接收感觉输入，另一方面，它还能够将处理后的感觉信息传递到与诱发一般和防御性唤醒密切相关的区域。听觉丘脑的内侧部(ATm)神经元不仅能够接收内部和外部的刺激信息，它们还能够广泛连接到大范围的皮层区域以及几个与防御状态调节密切相关的皮层下区域。因此，作者对ATm在不同觉醒过程中的功能展开了研究。
首先，作者采用光纤记录以及脑电/肌电记录的方法检测了小鼠ATm中VGluT2+神经元活动与睡眠-觉醒状态之间的关系。结果显示，在清醒和快动眼 (REM)睡眠状态下，ATm的神经元普遍更活跃；并且在非快动眼(NREM)-觉醒转换前后10 s内， ATm神经元Ca2+信号的振幅增加。由此，作者推断ATm可能是促进一般觉醒的神经网络中的重要节点。所以接下来，作者采用化学遗传的方法抑制ATm VGluT2+活性同时连续记录EEG/EMG信号以验证其功能。ATmVGluT2+的化学遗传抑制分别显著减少清醒时间并增加了非快动眼NREM睡眠时间，并且能够加深NREM睡眠程度。因此，较高水平的ATmVGluT2+自发活动对保持清醒有显著贡献。
图1 ATm VGluT2+活性有助于维持清醒
ATm是多模态感觉系统的一部分，接收来自听觉和视觉中脑的直接投射，那么ATmVGluT2+神经元对听觉刺激的反应是否与感觉诱发的觉醒相关？对此，作者在NREM睡眠(N)或清醒(W)期间向小鼠提供了听觉(4 kHz音调)刺激。根据“大脑觉醒(BA)”是否在感觉刺激出现后不久出现，NREM试验进一步分为觉醒(AN)和未觉醒(UAN)试验。结果显示，在听觉刺激出现后，ATm VGluT2+神经元的活性在AN和W期间活性增加，而在UAN期间活性没有变化。随后作者继续采用光遗传激活和抑制ATm VGluT2+神经元，结果显示ATm VGluT2+神经元被激活后能够立即诱发持续的大脑觉醒，完成NREM向清醒的转换；ATm VGluT2+神经元被抑制后，听觉刺激诱发的大脑觉醒概率被显著降低了，这表明ATmVGluT2+神经元活动可以促进睡眠中老鼠的感觉诱发觉醒。此外，作者还证明了从ATm到TeA，下丘脑和尾部纹状体的投射通路都对感觉诱发觉醒作出了贡献。
图2 声音诱导的大脑觉醒与ATmVGluT2+相关
图3 激活ATmVGluT2+诱导睡眠小鼠强烈的大脑觉醒
图4 抑制ATmVGluT2+阻碍声音诱导睡眠小鼠的大脑觉醒
接着，由于作者证明的ATm向皮层下脑区的多条投射通路与防御状态和调节防御相关决策以及防御行为的表达密切相关，所以作者推测ATmVGluT2+活性增加引起的觉醒可能是一种防御性质。对此，作者在光遗传激活ATmVGluT2+脑区的同时进行了瞳孔大小的监测以及焦虑水平测试的试验包括旷场试验(OF)和高架十字迷宫(EPM)。发现在激活ATmVGluT2+时小鼠的瞳孔直径显著增加；并且在行为学试验中表现出焦虑水平的增加。这些数据表明，ATm VGluT2+激活确实能够诱导与持续防御性情绪状态相关的觉醒(即防御性觉醒)。
图5 ATmVGluT2+激活诱导清醒小鼠的持续防御性觉醒
最后，作者提出本能防御行为需要ATm活动吗？这里作者使用“声音诱导小鼠寻求庇护所”的试验来进行探究。作者使用破伤风毒素特异性阻断听觉中脑(ICx)向ATm投射的神经元的神经递质释放，发现声音诱导的小鼠寻求庇护所的行为随之消失，并且在视野上方黑斑模拟捕食者捕食场景的模型中，小鼠的逃跑和冻结行为也消失了，这表明由ATm神经元活动介导的防御性觉醒对于感觉刺激诱发的本能防御性行为的表达是必不可少的。
图6声音诱导的寻求庇护行为的表达需要ATm神经元活动
综上所述，本研究发现听觉丘脑的内侧区作为一种多模态联系的丘脑核，与一般和防御觉醒的控制有关。这一发现可能有助于解释特定脑部疾病中睡眠障碍和异常感觉敏感性的共病。
https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(23)00540-8
特别鸣谢
联系客服
