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不同的神经元网络控制对不同威胁的恐惧

了解背内侧丘脑核如何塑造大鼠的恐惧反应,揭示大脑恐惧系统的复杂性。

作者:Ed Yong
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如果你想把一只老鼠变成一只无所畏惧的生物,对猫或体型更大的老鼠都毫不畏惧,那么最好的办法就是中和它大脑中一对称为背内侧丘脑核(或称PMD)的微小结构。根据圣保罗大学Simone Motta的最新研究,这些位于大鼠下丘脑中的微小区域,控制着它们对捕食者和其他老鼠的防御本能。

但PMD中的神经元并非都相同。事实证明,这些结构被划分开来,不同的部分会对不同的威胁做出反应。前部和侧部(腹外侧区域)负责应对同种社会等级较高且具有攻击性成员的威胁。另一方面,后部和中部(背内侧区域)则处理猫和其他捕食者的威胁。这两个区域都与其他处理疼痛经历(如电击)恐惧的网络不同。

这种复杂性令人惊讶。到目前为止,科学家们大多通过关注一个称为杏仁核的区域来研究大脑的恐惧系统,该区域在处理情绪反应的记忆方面发挥着作用。他们普遍认为,无论威胁的性质如何,恐惧反应都是由相同的神经元网络驱动的。

有充分的理由这样认为。在危险面前犹豫不决会断送性命,所以当危险来临时,动物会以有限的几种本能方式做出反应。它们会冻结以避免被发现,逃跑以躲避威胁,或者战斗以对抗它。这些自动的“冻结、战斗或逃跑”反应,无论威胁的性质如何都会被使用。例如,老鼠在受到猫或电击地板的威胁时,行为方式大致相同,而且实际上很难做其他事情。

这种有限的行为选择让科学家们相信,动物以相同的方式处理不同的恐惧,依靠相同的神经元网络来应对各种威胁。Motta的研究表明,这种想法是错误的,至少对于老鼠来说是这样,而且很可能也适用于其他哺乳动物。大脑的恐惧系统不是一个“一刀切”的工具包;它有不同的区域,可以专门应对不同类别的威胁。

Motta通过让老鼠暴露在猫或好斗的老鼠面前,并检测其下丘脑中一种名为Fos的蛋白质水平,发现了这些区域的界限。神经元在激发时会产生Fos,因此这种蛋白质的含量是神经活动的指标。

当老鼠面对一只猫五分钟时(这只虎斑猫被检查员小心地抓住),它们会跑进笼子里一个狭小的通道,并在那里冻结大部分时间。当它们面对另一只具攻击性的老鼠时,它们会花费相似的时间保持距离并因恐惧而冻结,只有在被闯入者咬伤后才会短暂反击。

这两种经历都极大地提高了它们下丘脑中Fos的水平,虽然模式略有重叠,但大部分非常不同。特别是PMD区域在两组老鼠中都被激活,但即使在这里,Fos的分布也不同。猫会提高腹外侧区域(神经元较小且密集)的这种蛋白质水平,而好斗的老鼠则会在背内侧区域(神经元较大且稀疏)引发Fos的大量产生。

当Motta通过注射一种名为NMDA的化学物质来禁用PMD时,PMD的重要性就变得异常清晰。在早期工作中,该团队发现这些注射剥夺了老鼠对猫的本能恐惧。破坏大脑中的这个微小区域,啮齿动物就会快乐地接近一个它们本应因恐惧而逃避的捕食者。

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Motta发现,注射的这些老鼠也失去了对占主导地位的个体的恐惧。它们仍然会在被咬后反击,但与正常老鼠不同的是,它们未能逃跑或冻结——恰恰相反。事实上,它们会在整个五分钟的测试中纠缠闯入者。如果它们被注射到PMD以外的区域或注射了简单的生理盐水,它们就会保留本能的谨慎。

这种对威胁的分类也延伸到了受PMD影响的其他大脑区域。它的许多神经元连接到导水管周围灰质(PAG),该区域也参与恐惧行为,并且基本上处理PMD发出的指令。在这里,猫和敌对的老鼠也导致了不同的Fos产生模式。

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尽管老鼠在面对这些非常不同的危险时行为方式相同,但它们的大脑通过两个不同的回路处理恐惧。还有一个第三个独立的网络,处理由电击等其他痛苦经历引起的恐惧。大量的恐惧实验利用电击来训练老鼠,而它们从这些令人振奋的经历中学到的恐惧依赖于杏仁核。

但是,这个系统并不适用于老鼠对更自然的威胁所表现出的本能恐惧反应。中和杏仁核并不会真正影响老鼠对猫的恐惧。大脑寄生虫弓形虫的感染也不会阻止它们学习恐惧电击地板,而弓形虫会让老鼠在猫面前表现出自杀式的鲁莽。阻止它学习恐惧电击地板。恐惧在外部看起来可能相同,但在大脑中,并非所有威胁都受到同等对待,这一点正变得越来越清楚。

参考文献:S. C. Motta, M. Goto, F. V. Gouveia, M. V. C. Baldo, N. S. Canteras, L. W. Swanson (2009). Dissecting the brain's fear system reveals the hypothalamus is critical for responding in subordinate conspecific intruders Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.0900939106

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