张砺/陶慧中发现感官信号转化为正向和负向情绪价值的新核团

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在自然环境中，动物会遭受到大量的感官信息轰炸。然而，它们能够过滤掉不重要的信息，并快速地对动态环境做出反应。检测和区分外部信号的价值 (valence) 对于动物的生存和幸福至关重要。负性价值 (negative valence) 信号通常导致逃避/厌恶行为，而正性价值 (positive negative) 信号则导致接近/欲求行为。先前寻找价值编码神经元的研究已经确定了许多与情感/动机加工相关的脑区。这些区域包括杏仁体、海马、前额叶皮层、纹状体、外侧下丘脑、缰核以及各种神经调节系统，这表明valence处理框架可能涉及到一个大的分布式脑网络。然而，从感官信号中提取和转化情感价值的过程及传导通路仍然不清楚。

近日，美国南加州大学张砺教授团队在Neuron期刊发表了题为Glutamatergic and GABAergic Neurons in Pontine Central Gray Mediate Opposing Valence-Specific Behaviors through A Global Network的研究成果，该研究发现了一个感官信号转化为正向和负向情绪价值的新核团，为情绪价值编码和相关行为的神经机制提供重要的新见解。

研究人员首先在野生型小鼠上使用Muscimol静默桥脑中央灰质核 (Pontine Central Gray, PCG)，发现PCG介导了感官信号诱导的厌恶和奖赏相关行为。并通过RNA原位杂交技术发现PCG含有谷氨酸能和γ-氨基丁酸能两类神经元。

利用体光电极记录，发现PCG中的谷氨酸能神经元更偏好的被厌恶性信号激活，而γ-氨基丁酸能神经元则更偏好于被奖励信号所激活。通过光遗传学技术直接激活PCG谷氨酸能神经元引起小鼠的躲避 (avoidance) 行为，而直接激活γ-氨基丁酸能神经元引起偏好 (preference) 行为。

接下来通过光遗传学分别抑制这两类神经元的活动，研究人员发现特异性失活PCG谷氨酸能神经元和γ-氨基丁酸能神经元分别可以减弱厌恶性感官信号驱动的逃避行为和奖励性感官信号驱动的偏好行为。

由于激活PCG的谷氨酸能神经元和γ-氨基丁酸能神经元产生相反的行为结果，它们是否投射到不同的下游靶标？研究人员分别在Vglut2-Cre 和 Vgat-Cre 的转基因小鼠PCG上注射了表达绿色荧光蛋白的病毒示踪剂 (AAV-FLEX-GFP)。令人惊讶的是，两种类型的神经元表现出相似的投射靶标。

通过细胞类型特异性逆行追踪，研究人员发现PCG中的两类神经元具有大量重叠但可区分的输入模式。兴奋性神经元主要接收脑桥网状结构核 (pontine reticular nucleus) 的输入，而抑制性的神经元主要接收眶额叶皮层 (orbital frontal cortex) 的输入。通过不同的输出投射，它们将情感特异信息传递到已知参与动机加工的分布式大脑网络中。

结论，小鼠PCG在编码正性和负性情绪价值中起到重要作用。PCG谷氨酸能神经元被负性的，但不是奖励性刺激选择性地激活，而其γ-氨基丁酸能神经元则被奖励信号优先激活。这两类神经元群的光遗传激活分别导致逃避和偏好行为，并足以诱导条件性地厌恶/偏好。它们的抑制减少了感觉信号诱发的厌恶和食欲行为。这两类神经元群接收来自重叠但不同源的广泛输入，向分布式脑网络传播情绪价值特异性信息。因此，PCG是一个处理情绪价值特异性行为的关键枢纽 (下图)。

南加州大学凯克医学院神经科学系张砺教授和陶慧中教授为论文的共同通讯作者，南加州大学凯克医学院生理学和神经科学系Zilkha神经遗传研究所博士后孝翠羽和魏金星为共同第一作者。

https://www.cell.com/neuron/pdf/S0896-6273(23)00116-2.pdf

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