中腦噪聲負效價編碼神經環路機制

《Nature Communications》:A midbrain circuit mechanism for noise-induced negative valence coding

【字體: 時間:2025年05月18日 來源:Nature Communications 14.7

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  【編輯推薦】為探究不愉快聲音誘導負面情緒的神經機制,研究人員聚焦中腦聽覺結構。通過病毒示蹤、鈣成像等技術,發現 CICglu→CnFglu→VTAGABA環路編碼噪聲負效價,抑制該環路或激活中腦邊緣多巴胺系統可緩解負面情緒,為焦慮等疾病提供新靶點。

  
噪聲作為現代城市的隱形健康殺手,其引發負面情緒的神經機制一直是科學界的未解之謎。目前,人們雖知不愉快聲音會誘發焦慮、疼痛甚至藥物濫用風險,但聲音信號如何從聽覺刺激轉化為情緒反應的神經通路卻模糊不清。傳統觀點認為,中腦下丘(IC)的中央核(CIC)主要處理聽覺信息,而其在情緒編碼中的作用長期被忽視。在此背景下,浙江大學醫學院附屬精神衛生中心(杭州市第七人民醫院)暨良渚實驗室聯合浙江大學腦科學與腦醫學學院的研究團隊,圍繞噪聲誘導的負效價編碼機制展開深入研究,相關成果發表于《Nature Communications》,為解析聲音 - 情緒關聯的神經密碼提供了關鍵線索。

研究團隊采用多學科技術手段,包括病毒追蹤(如狂犬病毒逆行示蹤)、鈣成像(fiber photometry、miniscope)、光遺傳學(optogenetics)、化學遺傳學(chemogenetics)以及在體電生理記錄(optrode recording)等,系統解析了噪聲刺激下中腦環路的動態變化。實驗以 C57BL/6 小鼠為模型,結合實時位置厭惡測試(RTCPA)、高架十字迷宮(EPM)、明暗箱(LDB)等行為學檢測,揭示了一條非經典聽覺通路的關鍵作用。

一、噪聲誘導負面情緒的行為學特征


研究發現,80 dB 白噪聲可顯著誘導小鼠的厭惡行為和焦慮樣反應,如在 RTCPA 測試中減少對噪聲配對區域的探索,在 EPM 測試中縮短開放臂停留時間。值得注意的是,慢性噪聲暴露(40 分鐘 80 dB)還會引發機械痛覺過敏,表明噪聲對情緒和痛覺的影響存在時間依賴性。這些行為學變化為后續神經機制研究提供了可靠的表型基礎。

二、CICglu神經元:多模態厭惡刺激的整合樞紐


中腦下丘中央核谷氨酸能神經元(CICglu)不僅響應不同強度的白噪聲,還對電擊、捏尾等傷害性刺激產生鈣信號激活,且激活幅度與刺激強度正相關。通過光遺傳學抑制 CICglu神經元,可顯著減輕噪聲誘導的厭惡和焦慮行為,證實其為噪聲負效價編碼的關鍵節點?袢《咀粉欙@示,CICglu除接收聽覺輸入外,還從臂旁外側核(LPB)等傷害性處理腦區獲取投射,解釋了其多模態整合能力。

三、CICglu→CnFglu→VTAGABA環路的中繼作用


進一步研究發現,CICglu通過興奮性突觸將厭惡信號傳遞至楔狀核谷氨酸能神經元(CnFglu),后者繼而激活腹側被蓋區 GABA 能神經元(VTAGABA)。光遺傳學激活 CICglu在 CnF 的神經末梢可模擬噪聲誘導的厭惡反應,而化學遺傳學損毀 CnFglu則阻斷該效應。電生理記錄顯示,CnFglu對高強度噪聲和傷害性刺激具有選擇性響應,提示其作為 “厭惡過濾器” 的功能。

四、VTAGABA對中腦邊緣多巴胺系統的抑制效應


VTAGABA神經元的激活可抑制中腦邊緣多巴胺(DA)系統,表現為伏隔核外側(NAcLat)DA 釋放減少。噪聲刺激下,VTAGABA的鈣信號強度與噪聲強度呈正相關,而抑制 VTAGABA可逆轉噪聲誘導的 NAcLat DA 抑制及負面行為。此外,直接激活 NAcLat 的 DA 能神經末梢或使用 D1 受體激動劑 SKF81297,可顯著緩解噪聲誘導的厭惡和焦慮,證實 DA 系統在情緒調控中的核心地位。

五、經典聽覺通路與非經典環路的功能分野


研究對比了經典聽覺通路(CIC→內側膝狀體 MG)與非經典環路的差異,發現前者主要編碼刺激顯著性,而后者專司負效價編碼。抑制聽覺皮層對噪聲誘導的 NAcLat DA 抑制和負面情緒無顯著影響,提示噪聲的即時情緒效應主要依賴 CIC→CnF→VTAGABA的自下而上通路,而非皮層的自上而下調控。

結論與意義


本研究首次揭示了噪聲負效價編碼的中腦核心環路 ——CICglu→CnFglu→VTAGABA通路,該環路通過整合聽覺與傷害性信號,經抑制中腦邊緣 DA 系統引發負面情緒。這一發現不僅填補了聲音 - 情緒轉化機制的空白,還為焦慮、創傷后應激障礙(PTSD)等與厭惡情緒相關的精神疾病提供了潛在治療靶點。例如,靶向調控 CnF 或 VTAGABA神經元可能成為緩解噪聲相關情緒障礙的新策略。此外,研究提出的 “非經典聽覺通路參與情緒編碼” 這一概念,拓展了對中腦功能多樣性的認知,為解析多模態感覺整合的神經機制提供了新思路。未來研究可進一步探索該環路在慢性應激中的動態變化,以及跨物種保守性,為臨床轉化奠定基礎。

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