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2024年8月4日，美國國立精神衛生研究院Mario A. Penzo研究團隊在Nature communications發表“Convergent direct and indirect cortical streams shape avoidance decisions in mice via the midline thalamus”，揭示了小鼠在面對威脅時如何通過大腦的中線丘腦區域，利用直接和間接的皮層輸入來做出回避行為的決策。
目前對于哺乳動物大腦中皮質丘腦組織的理解主要基于感覺系統的結構和功能，而對于涉及高級認知功能的神經回路則關注較少。副室旁核（PVT）是丘腦中線核團的重要組成部分，參與多種行為的調節，如動物覺醒、攝食、成癮、獎賞、恐懼記憶等。作者研究了小鼠前額葉-丘腦投射到中線丘腦的情況，揭示了不同的自上而下的控制。與感覺系統不同，這條路徑依賴于通過丘腦網狀核（TRN）的間接調節。作者的發現強調了丘腦內部回路動態，這些動態整合了皮層認知信號及其在形成復雜行為中的作用。
圖一 前額葉皮層前邊緣區與丘腦室旁核回路的功能組織結構 作者使用Cre依賴的腺相關病毒來特別標記PL的任一層的軸突投射。使用這種方法，發現PL投射到PVT主要來自L6。盡管PL的L5到PVT的投射很少，但這些投射在TRN中很豐富。此外，這些投射主要在TRN的前腹側區域（avTRN）中觀察到，該區域支配包括PVT在內的背側中線丘腦。作者進行了逆行標記實驗，以識別投射到PVT或avTRN的PL胞體分布。發現投射到avTRN的PL神經元包括L5和L6，而投射到PVT的細胞幾乎只在L6中觀察到。此外，PL深層細胞中投射到PVT的部分也廣泛投射到前TRN。該結果表明投射到PVT的avTRN神經元既接收來自前PL L5神經元的輸入，也接收來自L6神經元的輸入。
圖二 高階區域的avTRN與投射到NAc的PVT神經元形成了單突觸連接 作者接下來研究直接和間接PL輸入到PVT神經元的功能特性，特別是那些有傳出投射到NAc的神經元。TRN分為兩個區域，可以根據基因表達、解剖分布、連接特征和生理特性來區分。TRN的“核心”區域包含表達Spp1和Calb1的神經元，并且投射到一階丘腦核。相比之下，TRN“殼”中的神經元表達Ecel1和Sst，并且支配高階核。TRN的殼接收來自皮層L5的輸入，產生的L5-TRN突觸的強度大于L6-TRN突觸。使用逆行標記方法，發現投射到PVT的細胞主要在avTRN的“殼”區域，并且表達Ecel1+。逆行和順行標記都表明大多數投射到PVT的avTRN神經元表達Gad2。使用膜片鉗記錄結果發現雖然PL誘發的興奮性突觸后電流在PVT，但avTRN誘發的抑制性突觸后電流大約大一個數量級。總的來說，PL對PVT的影響可能主要是通過avTRN的抑制性影響。體內持續光遺傳刺激PL，在PVT→NAc神經元中產生抑制反應，這種抑制至少部分通過avTRN介導。
圖三 avTRN- PVT回路控制主動回避行為 作者首先使用光纖記錄監測avTRN→PVT末端的活動探究avTRN是否可能傳遞來自PL的信息到背側中線丘腦，以影響行為決策。雖然警告信號（WS）開始時的興奮性反應在回避和逃避試驗之間沒有統計學差異，但在回避試驗中，只有在WS開始時鈣信號的變化才明顯。此外，與回避的穿梭啟動相關的抑制反應僅在回避中出現，這表明與PL→avTRN途徑一樣，這些抑制反應是參與回避行為決策的特征。作者的發現表明，與L5 PL→avTRN神經元類似，并且與直接PL → PVT投射不同，avTRN→PVT末端可能以結果依賴的方式參與，并支持avTRN→PVT途徑是選擇和執行回避反應的基礎。avTRN→PVT途徑在WS開始時進行2秒的短暫光遺傳刺激促進了回避，而在整個WS期間持續刺激則損害了回避，但沒有影響僵直行為。avTRN將PL信息傳遞給PVT，以形成回避決策。 綜上所述，作者的研究揭示了PL→PVT回路在主動回避行為中的功能特征。這些發現對于理解感覺系統之外的皮層-丘腦回路具有重要意義。作者的研究強調了這些皮層-丘腦回路在更高階認知過程（如決策制定和情緒調節）中的適應性和復雜性。  https:///10.1038/s41467-024-50941-6  找實驗方法，上腦聲常談   重點推薦 找科研好物，上腦聲工房 |
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