小鼠背侧导水管周围灰质在先天胁迫下逃跑和僵立的不同编码特征

鼠类为了躲避天敌常常表现出逃跑(flight)或僵立(freezing)的先天防御行为,该行为的产生与中脑导水管周围灰质(periaqueductal gray, PAG)有关。目前,背侧PAG(dorsal PAG, dPAG)对这两种防御行为的神经编码机制尚需要进一步研究。

该研究采用模拟天敌迫近的Looming和模拟天敌掠过的sweeping两种视觉刺激范式诱导C57BL/6小鼠先天性防御行为,并将4×4的微电极阵列植入dPAG记录小鼠产生两种防御行为的神经信号,从胞外动作电位(spike)和局部场电位(local field potential, LFP)中分别提取和分析两种防御行为的神经编码特征。结果表明,dPAG在C57小鼠逃跑和僵立时神经放电模式和编码特征不同:逃跑行为比僵立行为的时间延迟更短,逃跑时dPAG的Spike发放率显著升高,而僵立行为的则显著下降;此外,两种防御行为的dPAG神经动作电位放电序列的峰峰间隔(Inter Spike Interval, ISI)分布差异主要表现在2～10 ms内,且逃跑行为高于僵立行为。两种防御行为dPAG的LFP差异主要集中在theta频带,其中逃跑行为8～10 Hz,而僵立行为则在6～8 Hz。同步似然算法构建脑功能网络表明,逃跑和僵立时dPAG theta频带的脑功能网络连接密度显著增强。综上所述,该研究揭示了视觉诱导的恐惧情绪在小鼠防御运动行为调制中发挥关键作用。Looming刺激模拟天敌迫近,诱发小鼠强烈的恐惧应激产生潜意识快速逃跑行为;而Sweeping刺激模拟天敌掠过,刺激相对较弱可能诱发僵立行,揭示了小鼠dPAG在先天恐惧范式中诱发逃跑和僵立行为的神经编码机制,证实了恐惧核团在哺乳动物行为调控中的发挥重要作用。

该研究成果发表于《动物模型与实验医学(英文)》期刊(AnimalModelsandExperimentalMedicine, 2022, 5(6):491-501; https: //doi.org/ 10.1002/ame2.12276)