Cell Reports丨深圳先进院王立平团队和鲁艺团队揭示探索-防御行为平衡的神经环路机制
by WANG Lab & LU Lab | 2022-11-07
中国科学院深圳先进技术研究院深圳先进院脑认知与脑疾病研究所（简称“深圳先进院脑所”）王立平研究员和鲁艺研究员团队共同揭示了背侧海马-背外侧隔核-背内侧下丘脑（dCA3-dLS-DMH）环路调控“危险探索-防御行为”平衡的神经生物学机制。相关成果于2022年11月1日在线发表在知名学术期刊Cell Reports上。
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自然界是一个威胁与机遇并存的复合体。为了生存和繁衍，生物个体一方面需要不断地获取食物和水等必需的资源，另一方面又要时刻躲避外界威胁以保护自身的安全。因此，如何维持危险探索（risk exploration）与防御行为（defensive behavior）之间脆弱的平衡，对于生物个体而言至关重要。然而这一现象背后的神经环路机制尚不明确。
在本研究中，研究人员利用基于捕食者威胁（predator threat）的行为学范式，并结合在体电生理等研究手段，发现了小鼠在中性环境里探索时，其dCA3中一类谷氨酸能神经元被显著激活；而当威胁因素（如捕食者）出现时，这类神经元的活动被显著抑制。有意思的是，研究者发现即使是捕食者存在的情况下，小鼠仍然会对靠近捕食者的区域进行探索（危险探索）以实现对环境信息的更新。在此过程中，上述dCA3谷氨酸能神经元活动的升高预示着小鼠将启动危险探索行为，这群神经元活动的降低则伴随着小鼠防御行为的发生。
借助神经环路示踪、光遗传和化学遗传等技术，研究者发现dLS的γ-氨基丁酸能神经元接受来自dCA3谷氨酸能神经元的投射，并向下投射至DMH。选择性地激活dCA3Glu-dLSGABA-DMH环路能显著增加小鼠的危险探索行为并抑制其对捕食者威胁的防御反应；抑制上述环路则显著增强小鼠的防御行为并降低其对危险区域的探索。进一步的研究提示，dCA3Glu-dLSGABA-DMH环路可能是通过影响小鼠的内在状态（internal state）来实现对“危险探索-防御行为”平衡的双向调控。
dCA3-dLS-DMH环路调控危险探索行为与防御行为平衡
综上所述，本研究深入揭示了调控“危险探索-防御行为”平衡的神经环路机制，这不仅将为深入理解本能行为之间的相互作用提供新的实验和理论依据，还将为基于海马损伤的神经精神疾病（如癫痫、焦虑等）的诊疗研究提供新的思路。深圳先进院脑所的钟成副研究员和王璐璐博士为这项工作的共同第一作者。该研究受到了国家科技创新2030—“脑科学与类脑研究”重大项目、国家自然科学基金（优青、面上）、广东省杰青、中科院重点实验室等项目的资助。