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保持对于威胁和安全的独立且竞争性的记忆是适应行为的关键。通过对啮齿类动物的研究人们发现,恐惧及其消退作为竞争经历在大脑中被分别存储。
这种分离减轻了对于相关但被认为是安全的刺激的恐惧过度泛化,同时也能维持对于危险刺激的威胁联想。不过,对于人脑中组织这些竞争记忆的机制尚不清楚。
在本研究中,来自德州大学奥斯汀分校的研究团队使用了一种将巴普洛夫条件反射与情景记忆成分相结合的模式,使用多变量模式分析(MVPA)来分离重叠的fMRI活动模式,而这些模式与恐惧及消退的形成和提取分别相关。
在健康的成年人中,内侧前额叶皮层(mPFC)和海马中的不同区域基于记忆被编码的时间背景,显示出对恐惧记忆和消退记忆的选择性再激活。而在有创伤后应激障碍(PTSD)症状的被试中则不存在这种分离。
研究者们认为,恐惧及消退在神经组织上的分离可能使得情景相关情绪记忆可以被灵活提取,而组织错乱可能会促使情绪障碍中的过度泛化并增加恐惧复发。
研究者们首先设计了一个条件反射和情景记忆的混合实验。实验为期两天,第一天包括预条件、恐惧条件和消退条件。在预条件中被试会先将所有条件刺激(CS)分为两类(动物或工具)。
恐惧条件中被试会接受非重复的CS,其中一个类别为与电击相关联的CS+,另一个类别为CS-。在消退条件中没有电击发生,并在间隔时间播放风景图片。第二天则会接受一个包含所有CS以及新诱饵的惊喜记忆测试。这种混合设计使得恐惧记忆和消退记忆的提取可以同时被测量。
实验选用了健康和具有创伤后应激症状(PTSS)两组被试。研究员们假设这两组被试对于恐惧记忆应有相似的表现,而在消退学习中应存在差别。
首先评估恐惧条件反射和消退学习是否成功。通过皮肤电导反应(SCRs)用于测试内隐记忆,休克预期测试用于测试外显记忆,可以证明恐惧条件反射和消退学习在两组被试中都是成功的,而且不同组之间对于CS的外显记忆没有差别。
接下来对不同阶段中mPFC不同亚区的fMRI活动结果进行分析。在健康成人中,背侧前扣带回(dACC)对在恐惧条件中编码的CS+表现出更强的复原能力,对于恐惧记忆表现出比消退记忆更强的复原。此脑区似乎高度专一于恢复健康成年人脑中的恐惧记忆。
而在背侧mPFC(vmPFC)中,恐惧记忆和消退记忆均被恢复。这两个区域对于恐惧和消退存在显著的双重分离,这是由记忆形成的时间背景确定的。
与健康被试相比,PTSS患者并不存在恐惧学习缺陷,但是他们在消退记忆中编码的CS+在dAAC中被错误的提取了,他们错误的将消退记忆分配到了参与恐惧记忆的形成与复原的区域。而他们的vmPFC则更强的重提了恐惧条件前编码的CS-内容,而没有提取恐惧和消退条件下的CS+。
PTSS组中没有观测到恐惧和消退记忆的双重分离。这些结果表明,健康被试和PTSS被试在mPFC的情绪记忆(尤其是消退记忆)恢复中,表现出了明显不同的模式。
由于对于dAAC和vmPFC的探索是基于啮齿类动物结果的优先兴趣区域,为了对此进行补充,研究员们进行了探索性全脑探照下的情绪记忆恢复。可以看到前岛叶提取了恐惧记忆,内侧额回和楔前叶表现出了对恐惧记忆和消退记忆的恢复。
位于内侧颞叶的杏仁核和海马是参与形成和提取恐惧记忆和消退记忆的环路核心组成部分。健康被试的后侧海马(pHC)对恐惧记忆的恢复强于消退记忆,而在PTSS被试中恐惧记忆比消退记忆和预条件记忆都强。与之相反,健康被试的前侧海马(aHC)更倾向于恢复消退记忆。这些结果表明,沿海马长轴存在功能特化梯度。
健康被试的aHC和pHC之间存在着显著的双重分离,而在PTSS组中则不存在,且其aHC缺乏消退记忆恢复。这也进一步说明PTSS中安全记忆相关的神经组织失调。
研究员们还评估了海马和杏仁核的神经活动能否预测在两个mPFC区域中恢复发生的位置。他们发现,MTL和pHC活动的增加预示了dAAC中更多的记忆提取;aHC中的记忆恢复更多预示了vmPFC中的记忆恢复,但aHC中更高的平均活动性却预示了dAAC中的记忆恢复。
总 结
本研究通过fMRI的多变量模式分析分离了人类的恐惧和消退竞争记忆,发现腹/背侧PFC分别编码了恐惧和消退记忆,注意到内侧颞叶的活动性可以预测PFC的记忆恢复位点。
在PTSD组中,消退记忆被错误的关联到编码恐惧的背侧区域。本研究旨在寻找更精确的定位参与组织恐惧及消退记忆的网络的方法,从而更好的治疗PTSD等精神疾病。
参考文献
Neural reinstatement reveals divided organization of fear and extinction memories in the human brain. Curr Biol . 2021 Nov 16;S0960-9822(21)01527-X. doi: 10.1016/j.cub.2021.11.004.
编译作者:Star(brainnews创作团队)
校审:Simon(brainnews编辑部)
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