重大发现！自上而下的岛叶皮质回路对非伤害性恐惧学习至关重要

为探究威胁驱动恐惧记忆形成的机制，韩国科学技术院（KAIST）研究人员以小鼠为对象开展非伤害性恐惧学习研究。他们发现 PBNCGRP神经元及 pIC-to-PBN 回路对视觉威胁条件反射至关重要，该成果有助于理解恐惧记忆，为治疗相关疾病提供新思路。

　　在自然界中，动物需要识别与威胁相关的线索来保护自己，但过度的恐惧记忆会引发如创伤后应激障碍（PTSD）等焦虑相关疾病。因此，理解威胁如何驱动恐惧记忆形成对开发有效治疗方法至关重要。以往研究多依赖电休克作为威胁刺激，然而在自然环境中，威胁并非只有伤害性的，像捕食者相关的视觉或化学信号等非伤害性刺激也能引发恐惧学习。并且，传统研究方法在研究非伤害性恐惧学习时存在局限性，比如基于气味的恐惧条件反射研究结果不一致，且气味刺激难以精确控制。于是，为了更深入地探究非伤害性恐惧学习的神经机制，韩国科学技术院（KAIST）的研究人员开展了相关研究。他们的研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上，这一成果对于揭示恐惧记忆的形成机制以及为相关疾病的治疗提供了新的方向，意义重大。

研究人员采用了多种关键技术方法。在实验动物选择上，使用成年（8 - 24 周）的 C57BL/6J 和杂合的Calca^Cre（C57BL/6J）小鼠。病毒相关技术方面，利用多种腺相关病毒（AAV）进行基因传递和神经元操作，如 AAV1 - hSyn - DIO - TeTox - P2A - nls - dTomato 用于抑制神经元，AAV1 - Ef1α - DIO - eNpHR3.0 - EYFP 用于光遗传抑制。同时运用了立体定位手术，精准地将病毒注射到小鼠脑内特定区域，并植入光纤进行相关检测。行为学实验则通过设置不同的刺激条件和行为测试范式，观察小鼠的行为反应。纤维光度法用于测量神经元的钙活动，从而了解神经元的活性变化。

下面来看具体的研究结果：

• ** looming 视觉刺激作为 US 驱动威胁条件反射 **：研究人员设计了一种以 looming 视觉刺激（快速扩张的暗盘）作为非条件刺激（US）的视觉威胁条件反射模型。实验发现，该刺激能诱导小鼠产生先天防御反应，如冻结或逃跑。多次重复刺激后，小鼠不会产生明显的习惯化。通过将中性听觉音调作为条件刺激（CS）与 looming US 配对，证实了非伤害性视觉威胁能驱动小鼠产生强烈的恐惧学习，且五次 CS - US 配对效果最佳。
• CGRP^PBN神经元的反应特性：CGRP^PBN神经元位于臂旁核（PBN），它不仅参与伤害性刺激的处理，还对各种非伤害性厌恶刺激有反应。研究表明，CGRP^PBN神经元能选择性地对 looming US 和习得的音调 CS 做出反应，而对中性刺激无反应。在视觉威胁条件反射和音调检索测试中，只有配对组的 CGRP^PBN神经元在音调 CS 出现时钙活动增加，这表明该神经元在条件反射后编码了音调 CS 的危险价值。
• CGRP^PBN神经元对恐惧记忆的作用：通过使用破伤风毒素轻链（TetTox）和光遗传学方法抑制 CGRP^PBN神经元，研究发现其对恐惧记忆的形成和检索至关重要，但对小鼠对视觉威胁的先天防御反应无影响。这说明 CGRP^PBN神经元在恐惧学习过程中起着关键作用，而与即时的防御行为无关。
• CGRP^PBN神经元的上游输入：为确定 CGRP^PBN神经元的上游非伤害性输入，研究人员进行了单突触逆行追踪，并分析了 c - Fos 表达。结果发现，投射到 CGRP^PBN神经元的后岛叶皮质（pIC）和上丘（SC）细胞在 looming 视觉刺激下被激活，而杏仁核中央核（CeA）和中脑导水管周围灰质（PAG）则无明显激活差异。这表明 pIC 和 SC 可能是 CGRP^PBN神经元的上游 US 信息来源。
• pIC^→CGRP-PBN神经元的激活特性：pIC 在处理负面情绪和恐惧学习中起重要作用。研究人员通过光纤光度法钙记录发现，pIC^→CGRP-PBN神经元能选择性地对威胁刺激做出反应，对 looming 和足部电击刺激有持续激活，但激活动力学不同，对闪烁刺激无反应。这表明该神经元能编码持续的厌恶状态，而非短暂的威胁检测。
• pIC^→PBN神经元对 CGRP^PBN神经元激活的影响：抑制 pIC 投射到 PBN 的神经元（pIC^→PBN）发现，其对 looming 诱导的 CGRP^PBN神经元激活是必需的，但对足部电击反应无影响。进一步的轴突追踪显示，pIC^→PBN神经元投射到多个与情绪调节和学习相关的脑区，这表明它能编码厌恶状态并广泛传递信息。
• pIC - PBN 通路对不同威胁条件反射的作用：抑制 pIC - PBN 通路发现，其对视觉威胁条件反射至关重要，但对足部电击条件反射无影响。并且，在视觉威胁条件反射中，持续的 pIC→PBN 输入对恐惧记忆形成至关重要，而短暂的 US 暴露期间的输入不足。这说明 pIC - PBN 通路是视觉威胁条件反射的选择性 US 通路。
• pIC^→CGRP-PBN通路的功能：激活 pIC^→CGRP-PBN通路能诱导小鼠产生厌恶行为状态，如在实时位置回避（RTPA）、开放场测试（OFT）和高架十字迷宫（EPM）测试中，ChR2 组小鼠表现出明显的回避和焦虑行为。同时，该通路的激活足以驱动威胁条件反射，表明它能传递厌恶情感信息，是威胁学习的关键通路。

研究结论表明，CGRP^PBN神经元作为威胁评估和恐惧学习的枢纽，在整合外部和内部信号方面发挥着重要作用。pIC - PBN 通路在编码厌恶状态中具有独特作用，它对视觉威胁条件反射至关重要，但对足部电击条件反射并非必需。该研究成功区分了先天防御反应和习得恐惧，为理解恐惧学习的神经机制提供了重要依据。然而，研究也存在一些未解决的问题，如 SC - PBN 通路在视觉威胁处理中的具体功能，以及 pIC - PBN 电路是否是一般非伤害性威胁的通用 US 电路等。未来的研究可以针对这些问题进一步深入探索，这将有助于更全面地理解恐惧记忆的形成机制，为治疗与恐惧和焦虑相关的神经精神疾病，如 PTSD，提供更精准的治疗靶点和策略。