清醒小鼠内侧背侧丘脑核听觉响应的神经环路机制及其调控作用

本研究通过多通道电生理记录和光遗传学技术，揭示了清醒小鼠内侧背侧丘脑核(MD)对听觉刺激的两种响应模式——瞬态相位响应(Phasic-response)和持续响应(Sustained-response)，并阐明了中脑网状核(MRN)、前额叶皮层(PFC)和丘脑网状核(TRN)对MD听觉信息处理的差异化调控机制。该研究为理解高级丘脑核团在听觉认知整合中的功能提供了新视角。

　　

在复杂的声音环境中，大脑如何区分重要信号与背景噪声？内侧背侧丘脑核(MD)作为连接皮层与皮层下结构的关键枢纽，其听觉处理机制长期存在知识空白。既往研究表明，MD功能障碍与精神分裂症、酒精依赖等疾病相关，但对其在听觉认知中的具体作用仍知之甚少。中国医科大学的研究团队在《Communications Biology》发表的研究，首次系统揭示了MD神经元对声音的差异化响应特征及其神经环路调控机制。

研究采用多通道电生理记录技术，在清醒小鼠中同步监测MD、PFC、MRN和TRN的神经元活动；结合病毒示踪明确MD的输入来源；通过光遗传学特异性抑制MRN、PFC和TRN的神经元活动，分析其对MD听觉响应的影响。实验使用C57BL/6、VGAT-ChR2-EYFP和GAD2-Cre转基因小鼠，通过白噪声、纯音和调频音等多种声学刺激诱发神经响应。

MD接收来自MRN、PFC和TRN的投射
病毒逆行示踪显示MD主要接受来自TRN、PFC和MRN的输入，免疫荧光证实MD以谷氨酸能(Vglut2⁺
)神经元为主。

MD神经元声音诱发响应的特征
记录到636个MD单元，发现两种响应模式：

• 相位响应：短潜伏期(0-80ms)瞬发放电，对应LFP起始波动
• 持续响应：长潜伏期(80-500ms)持续放电，伴随γ振荡增强
  
  

MRN对MD响应的贡献
光遗传抑制MRN使MD自发放电率降低42%，同时使相位响应AUC减少61%、持续响应AUC降低54%，表明MRN是MD听觉响应的主要驱动源。

PFC对MD响应的调控
抑制PFC仅降低持续响应强度(38%)，且选择性减弱80-500ms窗口的θ-γ振荡功率，提示PFC通过自上而下通路维持MD对声音的持续注意。

TRN对MD的抑制性门控
抑制TRN使MD持续响应增强52%，振荡功率普遍提升，证实TRN通过GABA能抑制限制MD对无关声音的过度处理。

研究首次阐明MD通过MRN-MD自下而上通路实现声音检测，通过PFC-MD自上而下通路维持听觉注意，而TRN-MD抑制性环路则发挥信息过滤作用。这种多层级调控机制解释了MD在整合感觉-认知信息中的核心作用，为理解精神疾病中感觉处理异常提供了新靶点。值得注意的是，MD持续响应与γ振荡的耦合特征，可能成为评估认知功能的生物标志物。研究采用的清醒动物多脑区同步记录策略，为揭示高级认知的神经环路机制建立了方法学范式。