在自然界中，动物需要通过学习来识别环境中的危险信号，以保障自身的生存。联想恐惧学习（Associative fear learning），即动物将特定刺激与威胁联系起来的能力，在这一过程中起着关键作用。然而，过度的习得性恐惧可能会引发不良后果，例如焦虑障碍，其中创伤后应激障碍（PTSD）就与正常恐惧学习机制的失调密切相关。尽管此前的研究已经表明多巴胺（Dopamine，DA）在恐惧学习和记忆中具有重要作用，但中脑 DA 神经元投射到杏仁核经典回路之外的脑区，是否编码对驱动联想恐惧学习至关重要的预测误差（Prediction error，PE）信号，这一问题在很大程度上仍然未知。此外，DA 神经元投射到纹状体后尾（Posterior tail of the striatum，TS）在联想恐惧学习中的确切作用也尚未完全明确。为了深入探究这些问题，德国歌德大学神经生理学研究所（Institute of Neurophysiology, Neuroscience Center, Goethe University）的研究人员展开了一系列研究。最终，研究成果发表在《Nature Communications》上，这一研究对于揭示联想恐惧学习的神经机制以及焦虑障碍的病理生理学具有重要意义。
研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是纤维光度法（fiber photometry），通过该方法测量 DA 神经元在 TS 的轴突终末或 TS 神经元的活动依赖性 Ca2+信号；二是光遗传学（optogenetics）技术，对 TS 中的 DA 终末或 TS 神经元进行双向操纵，精确控制其活动；三是化学遗传学（chemogenetics）技术，抑制 TS 神经元的活动；四是采用 6 - 羟基多巴胺（6 - OHDA）对 TS 投射的 DA 神经元进行特异性损伤，以此来研究这些神经元在联想恐惧学习中的作用。实验动物主要选用成年雄性 C57BL/6N 小鼠和杂合 DAT - Cre 小鼠。
DA 神经元投射到 TS 在联想恐惧学习中编码 PE 信号：利用纤维光度法测量 DA 神经元在 TS 的轴突终末的 Ca2+信号，研究发现，在联想恐惧学习过程中，TS 中的 DA 终末呈现出类似 PE 的活动模式。在恐惧条件反射（Fear conditioning，FC）开始时，DA 终末对厌恶性非条件刺激（Unconditioned stimulus，US）有强烈兴奋反应，随着条件反射的进行，该反应逐渐减弱；而对条件刺激（Conditioned stimulus，CS）的反应则逐渐增强。此外，DA 在 TS 的释放也为联想恐惧学习中的 PE 信号提供了支持。通过对 DA 释放的光学记录发现，在 FC 开始时，对 US 的 dLight 反应强烈，随着条件反射的进行，该反应显著下降，而对 CS 的 dLight 活动则显著增加。
TS 投射的 DA 神经元对联想恐惧学习的选择性作用：使用 6 - OHDA 对 TS 投射的 DA 神经元进行特异性损伤后发现，这些神经元对恐惧学习的获得阶段至关重要，但在恐惧记忆形成后则不再必需。并且，TS 投射的 DA 神经元对将离散感觉线索与厌恶性 US 联系起来至关重要，而对情境性恐惧学习和线索与奖励的关联学习则并非必需。在听觉和视觉 FC 实验中，损伤 TS 投射的 DA 神经元会损害恐惧学习，而在情境性 FC 实验和奖励学习任务中，损伤组和对照组小鼠的表现无显著差异。
精确控制 TS 中 DA 终末活动对联想恐惧学习的影响：光遗传学实验表明，在 FC 过程中，精确控制 TS 中 DA 终末的活动对联想恐惧学习有显著影响。在 US 出现时兴奋 DA 终末可增强联想恐惧学习，而抑制 DA 终末则会损害联想恐惧学习。并且，这种影响并非由 DA 终末兴奋或抑制所导致的运动、焦虑水平变化等非特异性效应引起。在相关行为测试中，兴奋或抑制 DA 终末对小鼠的回避行为、焦虑样行为和运动速度均无显著影响。
TS 神经元活动在联想恐惧学习中的作用：测量 TS 神经元的活动发现，其在 FC 过程中也呈现出类似 PE 的活动模式。通过化学遗传学抑制和光遗传学双向操纵 TS 神经元活动表明，TS 神经元的活动对联想恐惧学习至关重要。抑制 TS 神经元活动会损害恐惧学习，而在 US 出现时兴奋 TS 神经元则会增强恐惧学习。同样，这些操作对小鼠的运动、焦虑水平等也无显著影响。
DA 输入对 TS 中与恐惧学习相关活动模式的重要性：6 - OHDA 损伤 TS 投射的 DA 神经元后进行 Ca2+记录发现，DA 输入对 TS 中恐惧学习诱导的活动模式至关重要。损伤组小鼠在 FC 过程中，不再呈现出对照组小鼠的 PE 样活动模式，CS 反应未增强，US 反应也未随 FC 进程而下降。
研究结论和讨论部分指出，本研究首次证明了 DA 投射到 TS 通过编码 PE 信号，对驱动联想恐惧学习具有重要作用。这一发现揭示了一种非经典黑质纹状体回路中的 DA PE 信号传导机制，为理解联想恐惧学习的神经机制提供了新的视角。同时，研究还发现 TS 投射的 DA 神经元对厌恶性刺激有强烈反应，对奖励反应较弱，且在联想恐惧学习中具有高度选择性作用。这些结果有助于深入理解 DA 在恐惧学习和记忆中的作用，也为进一步研究焦虑障碍的病理生理学提供了重要线索。此外，研究还提出了一些有待进一步研究的问题，如 TS 与杏仁核经典恐惧学习回路的连接方式及作用，TS 中不同类型神经元在联想恐惧学习中的作用差异等。总之，该研究成果对于揭示联想恐惧学习的神经机制以及开发针对焦虑障碍的潜在治疗方法具有重要的理论和实践意义。
