《Journal of Comparative Neurology》：Visual Threat Location Impacts Brain-Wide Visual Adaptation Networks
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习惯化是一种简单的非联合学习形式，其特征是对重复刺激的反应减弱。由于逃逸反应在能量上代价高昂且会干扰正常行为，预期的猎物学会感知的刺激是真正威胁还是可忽略的无害刺激十分重要。针对视觉逼近刺激（visual looming stimulus），斑马鱼幼虫会执行特
习惯化是一种简单的非联合学习形式，其特征是对重复刺激的反应减弱。由于逃逸反应在能量上代价高昂且会干扰正常行为，预期的猎物学会感知的刺激是真正威胁还是可忽略的无害刺激十分重要。针对视觉逼近刺激（visual looming stimulus），斑马鱼幼虫会执行特征性的逃逸游动且该反应可靠地发生习惯化；由于其体型小且透明，斑马鱼已成为表征习惯化过程中全脑活动模式的重要模型。在本研究中，研究人员探索视觉适应的空间特性，以评估其是由局部、区域还是全脑回路介导的。研究人员在视觉空间中固定位置或可变位置呈现重复性视觉逼近刺激（loom），同时执行全脑钙成像。研究人员在全脑中识别出既对视野内特定位置的逼近刺激具有特异性的神经反应，也存在无论逼近刺激在何处呈现均发生的反应。通过量化这些反应的适应程度，研究人员表明当逼近刺激的位置保持不变时，全脑适应发生得更迅速；发生在视野不同部位的替代性逼近刺激对原始位置逼近刺激的适应贡献极小。研究人员发现，与哺乳动物上丘（superior colliculus）同源的视顶盖（tectum）具有反应特征和空间敏感性，表明其对这种位置特异性视觉适应有重要贡献。
研究背景方面，在动物界中，捕食者逃避对生存至关重要，涉及对威胁性感觉刺激作出适当行为反应。多种感觉模态可引发逃逸反应，而视觉可提供捕食者位置、运动和速度的丰富信息，帮助潜在猎物判断威胁显著性并塑造相应反应。除非存在真正威胁，否则逃逸反应会对正常行为造成不必要干扰并产生能量成本，因此复杂回路进化得以区分真正威胁与相似的无害刺激。习惯化是动物界高度保守的简单非联合学习形式，其特征是对重复无害刺激的行为反应概率逐渐降低，可通过其对不同刺激属性的敏感性、刺激缺失一段时间后的恢复及动物对不同刺激的持续反应性，与感觉适应或运动疲劳区分。在斑马鱼幼虫中，视觉习惯化常使用重复呈现的逼近刺激（loom）研究，该刺激是模拟接近捕食者的扩张二维形状，引发的回避反应在重复呈现过程中发生习惯化。适应过程中观察到的神经活动广泛下降常被称为神经适应，可能由感觉通路特定部位的细胞或分子机制导致，如突触前量子释放减少、抑制驱动增加或突触后兴奋性变化。视顶盖（tectum，与哺乳动物上丘（superior colliculus）同源）是感觉刺激空间和时间整合的关键中心，被认为在习惯化发生的感觉运动门控中起重要作用，且已知编码和提取视觉刺激的不同特征（如大小和位置）以驱动适当反应。目前适应和习惯化进行时视觉通路活动变化细节尚未完全明确，促使研究人员探索适应是由局部视顶盖回路还是全局全脑回路介导。
为开展研究，研究人员对固定头部斑马鱼幼虫进行光片钙成像，同时使用GCaMP6s标记全神经元细胞核，样本为6 dpf（days postfertilization，受精后天数）tüpel longfin nacre（TLN）品系斑马鱼幼虫。关键技术包括自建光片显微镜进行全脑细胞分辨率钙成像、使用CaImAn包进行运动校正与荧光轨迹提取、基于刺激回归器划分视觉响应ROI（regions of interest，感兴趣区）类别、使用ANTs（Advanced Normalization Tools）将ROI注册到Zbrain参考图谱进行解剖分类、计算适应指数（adaptation index，AI）量化神经适应程度，以及通过极性指数和侧性指数量化反应的空间分离。
研究结果部分保留原文小标题并总结如下。
2.1 Imaging Positional Loom Responses Across the Zebrafish Brain（斑马鱼全脑位置性逼近刺激反应成像）：研究人员使用自建光片显微镜对6 dpf斑马鱼幼虫进行全脑细胞分辨率钙成像以观察GCaMP6s，平均每条鱼分割19161±6153个ROI并提取活动曲线。采用四种刺激序列，参考逼近刺激置于右前眼野，替代逼近刺激置于不同视觉空间位置：固定位置序列替代刺激与参考刺激同位置；前后序列替代刺激置于右后眼野；双侧序列替代刺激置于左前眼野；缺失序列作为阴性对照无替代刺激。时序属性和顺序在各序列保持一致以便跨组比较。
2.2 Loom Position Impacts the Number, Positions, and Response Profiles of Loom-Responsive ROIs（逼近刺激位置影响逼近刺激响应ROI的数量、位置和反应特征）：研究人员基于前四个刺激的刺激回归器将视觉响应ROI分为三类：主要响应参考刺激的reference preferring、主要响应替代刺激的alternate preferring、对两类刺激反应相似的both。固定位置序列以both ROI为主；前后序列reference preferring和alternate preferring更多，视顶盖中alternate responsive ROI更靠尾侧，both ROI较多表明许多神经元对位置不敏感或感受野大；双侧序列以reference preferring和alternate preferring为主且强烈偏侧化，both较少；缺失序列以reference preferring为主。表明逼近刺激反应广泛、符合已知解剖连接预测且不同ROI空间选择性不同。
2.3 Different Brain Regions Respond Differently to Positional Loom Stimuli（不同脑区对位置性逼近刺激反应不同）：汇总所有反应类型，视顶盖中28%的ROI为逼近响应，丘脑6%，前顶盖3%， Pallium（pallium）15%， Subpallium（subpallium）6%， Hindbrain（hindbrain）13%。固定位置序列多为both类别；缺失序列多为reference preferring。计算前后序列的极性指数显示视顶盖中参考与替代反应在吻尾方向显著分离，其他区域无显著分离；双侧序列的侧性指数显示视顶盖反应强烈偏侧化，pallium、subpallium、thalamus包含对左右刺激均响应的ROI群体，可能是双侧整合或对任何位置视觉刺激均响应的主视觉回路。
2.4 Whole-Brain Adaptation of Reference Responses（参考反应的全脑适应）：将reference preferring和both ROI合并为reference responsive。固定位置组在第4次刺激时反应明显弱于其他三组，表明同位置第二、三次刺激比缺失组的更长间隔带来更强适应；同眼野其他部位或对侧眼的替代刺激对参考刺激的适应几乎无贡献。适应指数（AI）分布显示固定位置组在第4次试验以强衰减反应为主，其他三组未适应或反应增强的ROI更多；固定位置组AI中位数显著大于其他三组，前后、双侧、缺失组间无显著差异，表明适应依赖严格限制于视觉空间的视觉处理回路。多数脑区趋势与全脑一致，视顶盖、tegmentum（被盖）、thalamus、pretectum（前顶盖）、posterior tuberculum（后结节）、torus semicircularis（半环隆枕）、cerebellum（小脑）、preoptic area（视前区）在固定位置组的AI为1的峰值更明显，其中视顶盖和被盖的适应显著大于所有其他序列，丘脑显著大于前后和缺失，前顶盖显著大于双侧和缺失，这些区域可能参与介导局限视觉场部分的适应回路。
讨论部分总结：回避反应对生存至关重要但有能量和行为干扰成本，习惯化是感觉运动门控向忽略无后果重复威胁刺激倾斜的学习过程。研究发现无替代刺激时因间隔更长适应减少；后或对侧眼呈现替代刺激产生的参考反应与缺失组相似，表明偏离目标刺激不贡献全脑适应，该效应在第4次参考刺激（Loom 4）最强，后续随序列进行反应快速适应至相似水平。存在无论刺激在视野何处均响应的神经元，可能属于核心loom感知回路或位于感觉运动门控上游。解释快速逼近适应依赖同一视觉空间区域的重复刺激，对侧眼或同眼不同视网膜位置刺激不贡献参考刺激的全脑适应。既往研究发现切换双眼呈现loom会恢复逃逸反应及dim-sensitive神经元（暗敏感神经元）电位变化，提出习惯化由视顶盖回路中电位增强的暗敏感神经元局部抑制loom敏感神经元并作用于下游运动回路介导。本研究未分离暗和边缘运动成分但观察到类似响应。固定、双侧、前后范式表明神经适应可能由局部回路介导，此处局部指视觉和感觉运动网络中特定于视觉空间区域的元件。多方面证据支持视顶盖局部回路对靶向神经适应有关键贡献：视顶盖中逼近刺激代表性强、反应侧性强、前后序列中参考与替代响应神经元空间分离，提供区分同眼野不同刺激的机理以满足刺激特异性全脑适应要求。其他脑区（tegmentum、pretectum、thalamus）趋势相似，可能涉及处理并传递刺激位置等信息至下游结构以驱动适应。该依赖同一视觉场重复刺激的机制可解释固定头部与自由游泳斑马鱼视觉习惯化差异：前者重复刺激作用于相同视网膜位置，后者因运动每次靶向不同视网膜位置。对自由动物可能是适应性解决方案，真实捕食攻击来自不同视觉位置则适度习惯化，而无害刺激在特定空间重复发生则生效。研究局限为头部固定制备中动物运动少难以作为自由游泳习惯化代理，未来可用闭环刺激桥接行为与神经适应，并探索其他动物及脑区介导空间限制习惯化的回路。
研究结论部分原文翻译总结：回避反应对生存至关重要但有能量支出和干扰常规行为的成本，因此执行逃逸反应的决定很重要，必须考虑背景和以往经验。习惯化是当重复发生无后果的威胁性刺激时，感觉运动门控向忽略该刺激倾斜的学习过程。本研究通过在不同视觉空间位置呈现重复loom刺激序列并对斑马鱼幼虫全脑成像，探究局部、区域或全局网络是否介导重复性威胁视觉刺激的适应。结果显示空间一致的loom（参考loom）适应更快；同眼野其他部分或对侧眼呈现的替代loom对参考loom的全脑适应贡献极小。该效应在第4次loom（继两次替代loom后出现）最强，随序列进行反应快速适应至四组相似水平。存在无论刺激在视野何处均响应的神经元，可能属于先前描述的核心loom感知回路或位于参与感觉运动门控的神经元上游。结果表明快速loom适应依赖同一视觉空间区域的重复刺激；对侧眼或同眼不同视网膜位置刺激不贡献参考刺激的全脑适应。固定、双侧、前后范式表明神经适应可能由局部回路介导（局部指视觉和感觉运动网络中特定于视觉空间区域的元件）。多方证据支持视顶盖局部回路对靶向神经适应有关键贡献：视顶盖中loom刺激代表性强、反应侧性强、前后序列中参考与替代响应神经元空间分离，提供区分同眼野不同刺激的机理。其他脑区（tegmentum、pretectum、thalamus）在固定位置序列中适应显著更快，可能涉及处理并传递刺激位置等信息至下游结构以驱动适应。该机制可解释固定头部与自由游泳斑马鱼视觉习惯化差异。自由动物中可能是适应性方案：真实捕食攻击来自不同视觉位置则适度习惯化，无害刺激在特定空间重复发生则生效。局限为缺乏偏离目标刺激对习惯化的行为信息，头部固定制备运动少难作自由游泳代理；未来可用闭环刺激桥接行为与神经适应，探索其他动物及脑区介导空间限制习惯化的回路。论文发表于《Journal of Comparative Neurology》。
