跨突触病毒追踪揭示了间丘脑与情绪、外感受系统、内感受系统及运动控制系统之间的相互联系

《Journal of Comparative Neurology》：Trans-Synaptic Virus Tracing Reveals Reciprocal Connections of the Interpeduncular Nucleus With the Mood, Exteroceptive, Interoceptive, and Motor Control Systems

本研究通过病毒追踪和脂溶性染料注射技术，解析了斑马鱼腹侧被盖核（dIPN）和中间被盖核（iIPN）的连接网络。发现d/iIPN与腹侧 habenula、grisexum centrale（GC）形成往返回路，并通过GC连接到中脑水管周围灰质（SRF）、视网膜顶盖区（TeO）及自主神经核团（如交感神经中枢）。进一步揭示d/iIPN整合多模态感觉信息（视觉、本体感觉、平衡觉），并参与情绪调控和应激适应，其与GC的强连接可能介导对恐惧和社交冲突的快速反应。研究结果为理解脊椎动物脑干情绪调控通路提供了新证据。

　　在神经科学领域，研究神经元之间的连接对于理解大脑功能具有重要意义。本文聚焦于研究一种在进化中高度保守的脑区——间髓核（IPN）及其与边缘系统相关结构的连接，特别是与缰核（GC）和缰三角区（Hb）之间的联系。通过使用多种追踪技术，包括前向和后向跨突触病毒追踪、单突触后向病毒追踪以及脂溶性染料追踪，研究人员绘制了来自IPN的连接图谱，揭示了其与多个脑区之间的复杂联系，涉及感觉输入系统、自主神经系统和外源性感觉系统，还涉及到情绪调节系统和运动控制系统的连接。这些结果表明，IPN可能是一个多模态感觉运动信息汇聚的中枢，有助于整合内部状态以应对即将到来的外部挑战，并通过预测性生物反应调节代偿性调节（allostasis）。

### 1. 研究背景

IPN是一个位于中脑的非对称结构，接收来自缰核（Hb）的直接输入。在斑马鱼（*Danio rerio*）中，IPN与决策过程有关，这些决策依赖于身体状态的本体感觉，如头部方向和姿势。此外，Hb–IPN–GC回路的增强可使斑马鱼在面对恐惧和社交冲突时表现出更强的抗压能力。然而，Hb–IPN–GC回路为何能同时控制这两种不同的生理过程，仍然是一个未解之谜。因此，本研究旨在通过详细的连接图谱来探索这一问题。

### 2. 研究方法

为了绘制IPN的连接图谱，研究人员采用了多种追踪方法。前向追踪使用了复制型病毒载体，如VSV-mCherry和VSV(RABV-G)-GFP，这些病毒能够在感染的细胞中复制并产生具有传染性的病毒颗粒，从而揭示长距离和间接连接。后向追踪则使用了单突触和跨突触的病毒追踪方法，如HSV-GFP和VSV(RABV-G)-GFP，这些方法能够识别从目标区域向其他区域投射的神经元。此外，还使用了脂溶性染料DiI进行追踪，以补充病毒追踪的结果。

为了确保实验的准确性，研究人员还设计了专门的立体定位装置，用于在成年斑马鱼中进行微注射。该装置能够稳定地固定鱼体，使得注射位置可以精确地控制在指定的脑区。注射后的鱼被饲养在特定的水温环境中，并在特定的时间后进行组织固定和切片处理，以便进行免疫组化染色。

### 3. 研究结果

通过前向和后向追踪，研究人员发现IPN与多个脑区存在双向连接。例如，IPN的前部和中间区域（d/iIPN）与缰核（Hb）的背侧和中间区域（dHbM和dHbL）之间存在连接。这些连接进一步延伸至其他脑区，如中脑的缰核、脑桥的中脑核（MNV）和延髓的面神经运动核（VIIm）。此外，IPN还与中脑的背侧被盖区（DR）、脑桥的中脑核（MNV）和延髓的面神经根（VIImr）之间存在联系。

在后向追踪中，研究人员还发现IPN与多个感觉和运动相关结构之间存在连接。例如，IPN与中脑的缰核、脑桥的中脑核（MNV）和延髓的面神经根（VIImr）之间存在连接。此外，IPN还与延髓的迷走神经运动核（Xm）和脑桥的横纹区（IRF）之间存在联系。这些连接可能涉及感觉输入、运动输出以及情绪调节等多种功能。

### 4. 讨论与分析

通过这些追踪实验，研究人员揭示了IPN在斑马鱼大脑中的重要角色。IPN不仅与感觉输入系统（如本体感觉、平衡和水流感知）有关，还与自主神经系统（如内脏控制）和外源性感觉系统（如视觉和嗅觉）存在连接。这些连接可能使IPN成为整合内外感觉信息的关键中枢，从而影响斑马鱼的决策和行为。

此外，IPN还与运动控制系统存在连接，包括与面神经运动核（VIIm）和迷走神经运动核（Xm）之间的联系。这些连接可能在斑马鱼的运动协调和适应性行为中起着重要作用。例如，在社会冲突中，赢家和输家鱼表现出不同的行为倾向，这可能与IPN和Hb之间的连接有关。

### 5. 结论

本研究的结果表明，IPN与多个脑区之间存在复杂的连接网络，这些连接可能涉及感觉整合、情绪调节和运动控制等多种功能。IPN的多模态连接可能使其成为斑马鱼应对外部挑战和调节代偿性调节的重要结构。此外，IPN与Hb和GC之间的连接可能在情绪调节和社交行为中起着关键作用。这些发现为理解斑马鱼的大脑功能提供了重要的基础，并为其他模型生物的神经连接研究提供了参考。