杏仁核抑制性中间神经元在恐惧学习与消退中的异质性可塑性及其环路机制

《Nature Communications》：Heterogeneous plasticity of amygdala interneurons in associative learning and extinction

本研究通过微型显微镜钙成像技术，在自由行为小鼠中记录了杏仁核基底外侧核团（BLA）抑制性中间神经元在恐惧学习与消退过程中的动态活动。研究发现BLA中间神经元在单细胞和群体水平均表现出复杂的异质性可塑性，其中VIP阳性中间神经元主要被外部显著刺激激活，而SST阳性中间神经元的活性还与内部行为状态相关。该研究揭示了抑制性中间神经元通过加权环路输出灵活调控兴奋性投射神经元（PNs）活性和可塑性的新机制，为理解情绪记忆的编码和稳定性提供了重要依据。

　　

当我们面对危险时，大脑会迅速将环境刺激与不愉快的体验关联起来，形成恐惧记忆。这种关联学习能力对生存至关重要，而杏仁核作为大脑中高度保守的 temporal lobe 结构，在其中扮演着核心角色。传统观点认为，兴奋性投射神经元（PNs）是记忆形成过程中可塑性的主要发生部位。然而，越来越多的证据表明，抑制性中间神经元通过精细调控神经环路的活动平衡，在学习过程中发挥着动态而关键的作用。

尽管研究表明恐惧学习会改变杏仁核细胞外GABA水平、GABA合成酶GAD67、GABA受体及其支架蛋白gephyrin的表达，且BLA抑制性环路在体外表现出多种形式的突触可塑性，但中间神经元活动在体记忆形成过程中的变化机制仍不清楚。BLA中间神经元具有高度多样性，可通过标志基因表达、形态学、连接特性等区分不同亚群。特别是生长抑素（SST）阳性中间神经元优先靶向BLA PNs的远端树突，而血管活性肠肽（VIP）阳性中间神经元则主要接触其他中间神经元亚群，形成VIP→SST→PN去抑制环路 motif。然而，由于BLA中间神经元稀疏且深埋脑内，在体记录同一细胞多日活动面临挑战，导致对中间神经元亚群在单细胞水平反应模式的系统分类仍然缺乏。

为了填补这一空白，德国神经退行性疾病中心（DZNE）的Sabine Krabbe团队在《Nature Communications》上发表了最新研究。研究人员采用梯度折射率（GRIN）透镜结合微型显微镜，在自由行为的GAD2-Cre小鼠中对BLA中间神经元进行了深部脑区钙成像。通过Cre依赖性病毒表达GCaMP6f，他们特异性地记录了BLA抑制性细胞的活动。小鼠经历为期4天的听觉恐惧条件化和消退范式：第1天习惯化（context A），第2天恐惧条件化（context B，CS+与足底电击US配对，CS-作为对照），第3-4天测试和消退（context A）。研究人员成功稳定追踪了每个动物平均58±6个BLA中间神经元跨越4天的活动。

关键实验技术包括：利用GRIN透镜进行深部脑区钙成像；在GAD2-Cre、SST-Cre和VIP-Cre小鼠中通过Cre依赖性病毒表达GCaMP6f；4天听觉恐惧条件化和消退行为范式；主成分分析（PCA）与K-means聚类分析神经元反应模式；支持向量机（SVM）解码神经元群体编码；群体向量距离（PVD）分析表征相似性。

重叠编码恐惧学习过程中杏仁核中间神经元的感觉刺激

BLA中间神经元对CS+、CS-和US均表现出多样化的反应模式。US引发最强反应，76±2%的神经元对US有反应，高于CS+（58±3%）和CS-（60±2%）。单个神经元可对多种刺激产生反应，但这些反应在整体群体中的重叠并未高于随机水平，提示听觉和厌恶信息在条件化过程中保持分离而非立即整合。反应神经元在BLA内空间分布混杂，无局部聚类。

联想学习过程中中间神经元反应的塑性

US反应在五次配对中平均略有下降但不显著。聚类分析揭示了六种US反应模式：‘稳定激活’（29%）、‘激活下调’、‘激活上调’、‘稳定抑制’、‘抑制上调’和‘US后激活’。CS反应分析显示，仅CS+在第五次呈现时诱发明显激活，显著强于CS-。CS+‘稳定激活’集群仅见于CS+条件，而CS-则出现‘激活下调’集群。CS+可塑性类型与US激活无关，表明体细胞CS-US重合对学习相关适应非必需。

杏仁核中间神经元在条件化和消退过程中信号传递高、低恐惧状态

跨天分析发现，中间神经元对CS+和CS-的反应在群体平均水平上无明显差异。聚类识别出对CS+的特定反应类型：仅习惯化激活/抑制（中性音调）、仅条件化后激活/抑制（高恐惧状态）和仅消退后激活/抑制（低恐惧状态）。CS-反应中‘条件化前激活’集群显著富集。CS+恐惧和消退可塑性独立于条件化期间的US激活。恐惧激活和恐惧抑制中间神经元在消退过程中反应逐渐减弱，而消退激活神经元反应在消退后期快速形成。

中间神经元群体活动日间动态变化而不失整体刺激表征

SVM解码器能高精度（94±3%）区分CS+、CS-和基线，但跨天解码准确率降至接近随机水平（60±3%），表明刺激信息在群体水平每日稳定编码，但单个中间神经元活动日间动态变化。CS+和CS-解码权重相关性接近零，提示中间神经元为广泛调谐而非刺激选择性。PVD分析显示，CS+和CS-表征在条件化过程中均向US靠近（距离减少约29%），但这种变化是短暂的，未持续多天。

分子中间神经元亚群对恐惧状态编码的差异贡献

VIP中间神经元对US和CS+的群体反应更强，富含‘稳定激活’模式（US：48%；CS+：49%）。SST中间神经元则更多被US和CS+抑制（US抑制：43%；CS+抑制：34%）。跨天分析显示，VIP神经元在习惯化和条件化后对CS+反应更强，而SST神经元在消退后占主导。在自发冻结期间，SST神经元活动在冻结开始时被抑制，运动开始时重新激活；VIP神经元则无显著调制。表明VIP神经元主要对外部显著刺激反应，介导线索驱动的去抑制；SST神经元还编码内部行为状态，参与安全信号处理。

研究结论表明，BLA中间神经元在恐惧学习与消退过程中表现出复杂的异质性可塑性。这种可塑性存在于单细胞和群体水平，且不同分子定义的中间神经元亚群贡献不同。VIP中间神经元偏向外部显著刺激响应，而SST中间神经元还参与内部状态编码。尽管分子身份偏袒其功能角色，但每个亚群内存在显著的功能多样性。这些发现揭示了抑制性中间神经元通过灵活调控PN活动和可塑性，主动塑造情绪记忆编码和稳定性的重要机制，强调了它们在适应性学习中的关键作用。

研究的创新之处在于首次在单细胞分辨率下系统描绘了BLA中间神经元在恐惧记忆全过程中的动态变化图谱，揭示了其异质性可塑性特征。这不仅深化了对抑制性环路在情绪记忆中的作用理解，也为相关精神疾病（如焦虑症、创伤后应激障碍）的治疗提供了新的环路调控靶点。