《SCIENCE ADVANCES》：A top-down insular cortex circuit crucial for non-nociceptive fear learning
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為探究威脅驅動恐懼記憶形成的機制，韓國科學技術院（KAIST）研究人員以小鼠為對象開展非傷害性恐懼學習研究。他們發現 PBNCGRP神經元及 pIC-to-PBN 回路對視覺威脅條件反射至關重要，該成果有助于理解恐懼記憶，為治療相關疾病提供新思路。
在自然界中，動物需要識別與威脅相關的線索來保護自己，但過度的恐懼記憶會引發如創傷后應激障礙（PTSD）等焦慮相關疾病。因此，理解威脅如何驅動恐懼記憶形成對開發有效治療方法至關重要。以往研究多依賴電休克作為威脅刺激，然而在自然環境中，威脅并非只有傷害性的，像捕食者相關的視覺或化學信號等非傷害性刺激也能引發恐懼學習。并且，傳統研究方法在研究非傷害性恐懼學習時存在局限性，比如基于氣味的恐懼條件反射研究結果不一致，且氣味刺激難以精確控制。于是，為了更深入地探究非傷害性恐懼學習的神經機制，韓國科學技術院（KAIST）的研究人員開展了相關研究。他們的研究成果發表在《SCIENCE ADVANCES》上，這一成果對于揭示恐懼記憶的形成機制以及為相關疾病的治療提供了新的方向，意義重大。
研究人員采用了多種關鍵技術方法。在實驗動物選擇上，使用成年（8 - 24 周）的 C57BL/6J 和雜合的CalcaCre（C57BL/6J）小鼠。病毒相關技術方面，利用多種腺相關病毒（AAV）進行基因傳遞和神經元操作，如 AAV1 - hSyn - DIO - TeTox - P2A - nls - dTomato 用于抑制神經元，AAV1 - Ef1α - DIO - eNpHR3.0 - EYFP 用于光遺傳抑制。同時運用了立體定位手術，精準地將病毒注射到小鼠腦內特定區域，并植入光纖進行相關檢測。行為學實驗則通過設置不同的刺激條件和行為測試范式，觀察小鼠的行為反應。纖維光度法用于測量神經元的鈣活動，從而了解神經元的活性變化。
下面來看具體的研究結果：
- ** looming 視覺刺激作為 US 驅動威脅條件反射 **：研究人員設計了一種以 looming 視覺刺激（快速擴張的暗盤）作為非條件刺激（US）的視覺威脅條件反射模型。實驗發現，該刺激能誘導小鼠產生先天防御反應，如凍結或逃跑。多次重復刺激后，小鼠不會產生明顯的習慣化。通過將中性聽覺音調作為條件刺激（CS）與 looming US 配對，證實了非傷害性視覺威脅能驅動小鼠產生強烈的恐懼學習，且五次 CS - US 配對效果最佳。
- CGRPPBN神經元的反應特性：CGRPPBN神經元位于臂旁核（PBN），它不僅參與傷害性刺激的處理，還對各種非傷害性厭惡刺激有反應。研究表明，CGRPPBN神經元能選擇性地對 looming US 和習得的音調 CS 做出反應，而對中性刺激無反應。在視覺威脅條件反射和音調檢索測試中，只有配對組的 CGRPPBN神經元在音調 CS 出現時鈣活動增加，這表明該神經元在條件反射后編碼了音調 CS 的危險價值。
- CGRPPBN神經元對恐懼記憶的作用：通過使用破傷風毒素輕鏈（TetTox）和光遺傳學方法抑制 CGRPPBN神經元，研究發現其對恐懼記憶的形成和檢索至關重要，但對小鼠對視覺威脅的先天防御反應無影響。這說明 CGRPPBN神經元在恐懼學習過程中起著關鍵作用，而與即時的防御行為無關。
- CGRPPBN神經元的上游輸入：為確定 CGRPPBN神經元的上游非傷害性輸入，研究人員進行了單突觸逆行追蹤，并分析了 c - Fos 表達。結果發現，投射到 CGRPPBN神經元的后島葉皮質（pIC）和上丘（SC）細胞在 looming 視覺刺激下被激活，而杏仁核中央核（CeA）和中腦導水管周圍灰質（PAG）則無明顯激活差異。這表明 pIC 和 SC 可能是 CGRPPBN神經元的上游 US 信息來源。
- pIC→CGRP-PBN神經元的激活特性：pIC 在處理負面情緒和恐懼學習中起重要作用。研究人員通過光纖光度法鈣記錄發現，pIC→CGRP-PBN神經元能選擇性地對威脅刺激做出反應，對 looming 和足部電擊刺激有持續激活，但激活動力學不同，對閃爍刺激無反應。這表明該神經元能編碼持續的厭惡狀態，而非短暫的威脅檢測。
- pIC→PBN神經元對 CGRPPBN神經元激活的影響：抑制 pIC 投射到 PBN 的神經元（pIC→PBN）發現，其對 looming 誘導的 CGRPPBN神經元激活是必需的，但對足部電擊反應無影響。進一步的軸突追蹤顯示，pIC→PBN神經元投射到多個與情緒調節和學習相關的腦區，這表明它能編碼厭惡狀態并廣泛傳遞信息。
- pIC - PBN 通路對不同威脅條件反射的作用：抑制 pIC - PBN 通路發現，其對視覺威脅條件反射至關重要，但對足部電擊條件反射無影響。并且，在視覺威脅條件反射中，持續的 pIC→PBN 輸入對恐懼記憶形成至關重要，而短暫的 US 暴露期間的輸入不足。這說明 pIC - PBN 通路是視覺威脅條件反射的選擇性 US 通路。
- pIC→CGRP-PBN通路的功能：激活 pIC→CGRP-PBN通路能誘導小鼠產生厭惡行為狀態，如在實時位置回避（RTPA）、開放場測試（OFT）和高架十字迷宮（EPM）測試中，ChR2 組小鼠表現出明顯的回避和焦慮行為。同時，該通路的激活足以驅動威脅條件反射，表明它能傳遞厭惡情感信息，是威脅學習的關鍵通路。
研究結論表明，CGRPPBN神經元作為威脅評估和恐懼學習的樞紐，在整合外部和內部信號方面發揮著重要作用。pIC - PBN 通路在編碼厭惡狀態中具有獨特作用，它對視覺威脅條件反射至關重要，但對足部電擊條件反射并非必需。該研究成功區分了先天防御反應和習得恐懼，為理解恐懼學習的神經機制提供了重要依據。然而，研究也存在一些未解決的問題，如 SC - PBN 通路在視覺威脅處理中的具體功能，以及 pIC - PBN 電路是否是一般非傷害性威脅的通用 US 電路等。未來的研究可以針對這些問題進一步深入探索，這將有助于更全面地理解恐懼記憶的形成機制，為治療與恐懼和焦慮相關的神經精神疾病，如 PTSD，提供更精準的治療靶點和策略。
