杏仁核在大脑重要的注意前机制中起作用

【字体: 时间:2021年08月02日 来源:University of Massachusetts Amherst

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  研究人员已经证明,杏仁核是一个典型的与恐惧相关的大脑区域,它是如何通过激活小鼠脑干中的小抑制神经元来促进预脉冲抑制(PPI)的。这一发现促进了对PPI基础系统的理解,并通过扭转注意力缺陷最终开发精神分裂症和其他疾病的药物治疗。

  

这种预先注意的机制被称为感觉运动门控,通常可以防止认知过载。然而,感觉运动门控通常在精神分裂症患者和其他神经和精神疾病患者中受损,包括创伤后应激障碍(PTSD)和强迫症(OCD)。

马萨诸塞大学阿默斯特分校(University of Massachusetts Amherst)生物学助理教授、神经学家Karine Fénelon解释说:“感觉运动门控降低是精神分裂症的一个特征,这通常与注意力障碍有关,并可以预测其他认知缺陷。”“虽然啮齿类动物感觉运动门控缺陷的逆转是抗精神病药物筛选的黄金标准,但有关的神经元通路和细胞机制仍未完全了解,即使在正常条件下。”

为了评估感觉运动门控,神经科学家测量了听觉惊吓反射的脉冲前抑制(PPI)。当一个弱刺激出现在一个惊吓刺激之前时,PPI就会发生,这抑制了惊吓反应。

这是第一次,Fénelon和她的马萨诸塞阿默斯特大学团队——当时是博士。何塞·卡诺(Jose Cano,现为罗切斯特大学医学中心博士后研究员)和博士生黄万云(Wanyun Huang,音译)展示了杏仁核,一个通常与恐惧相关的大脑区域,是如何通过激活小鼠脑干的小抑制神经元来促进PPI的。发表在《BMC生物学》(BMC Biology)杂志上的这一发现,促进了对PPI潜在系统的理解,并推动了通过逆转注意力前缺陷来最终开发精神分裂症和其他疾病的药物疗法的努力。

Fénelon解释说:“直到最近,脉冲前抑制被认为依赖于释放乙酰胆碱递质的中脑神经元。”“这是因为对精神分裂症患者的研究涉及到胆碱能系统的缺陷。”

但有一种“超级酷的神经科学工具”——光遗传学——允许科学家在各种实验系统中使用光来定位和控制转基因神经元。Fénelon表示:“它非常具体。”“在此之前,我们无法选择要控制哪些神经元。”

他们面临的挑战是使用光遗传学来识别大脑哪个部分的哪个回路参与了PPI。Fénelon说:“我们想知道大脑的哪个区域连接到脑干的惊吓抑制电路的核心,所以我们用示踪剂或染料来可视化这些神经元。”“通过这种方法,我们能够识别连接到惊吓抑制回路中心脑干区域的杏仁核神经元。”

接下来,他们用光遗传学工具测试杏仁核和脑干之间的这种联系是否对惊吓抑制很重要。Fénelon说:“我们知道,在精神分裂症患者的大脑中,杏仁核的功能也发生了改变,所以我们认为这一大脑区域与疾病有关是有道理的。”

通过对小鼠的杏仁核神经元进行光操作,他们显示,杏仁核似乎通过激活脑干抑制神经元或甘氨酸能神经元来促进PPI。具体来说,PPI通过关闭杏仁核和脑干之间的兴奋性突触或沉默脑干抑制性神经元本身来降低。Fénelon说:“有趣的是,这些照片处理结果所测量到的PPI下降与精神分裂症患者和精神分裂症小鼠模型中观察到的PPI下降相似。”

为了更详细地说明这种联系,Fénelon和研究小组使用电生理学和光遗传学技术记录了从体外薄的大脑切片中提取的单个神经元的电活动。Fénelon说:“这种非常精确但在技术上具有挑战性的记录方法让我们毫无疑问地确认,杏仁核的兴奋性输入激活了脑干中的甘氨酸能神经元。”

她把这一发现称为精确定位脉冲前抑制回路的“一块拼图”。现在,她正在自己的实验室里利用这些新信息来识别其他大脑通路,并试图扭转精神分裂症小鼠模型的注意力前缺陷。这一突破将使研究人员开始开发药物,更精确地治疗注意力不集中的问题。

Journal Reference:

  1. Jose Carlos Cano, Wanyun Huang, Karine Fénelon. The amygdala modulates prepulse inhibition of the auditory startle reflex through excitatory inputs to the caudal pontine reticular nucleus. BMC Biology, 2021; 19 (1) DOI: 10.1186/s12915-021-01050-z

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