听到可怕声音后为何会留下心理阴影？Khaliq团队揭示听觉联合皮层-黑质外侧部多巴胺通路编码恐惧记忆机制

多巴胺能神经元长期以来被认为主要参与奖赏、动机和运动调控，其在恐惧等负面情绪中的作用相对被忽视。传统观点认为，中脑黑质致密部（SNc）和腹侧被盖区（VTA）的多巴胺神经元主要编码奖赏预测误差，而恐惧记忆的形成主要依赖于杏仁核、海马和前额叶皮层等结构。

基于此，2025年9月25日，美国国立卫生研究院国家神经疾病与卒中研究所Zayd M. Khaliq研究团队在Nature communications杂志发表了“Corticonigral projections recruit substantia nigra pars lateralis dopaminergic neurons for auditory threat memories”，揭示了皮质-纹状体投射招募黑质外侧部多巴胺能神经元参与听觉恐惧记忆。

黑质外侧部（SNL）的多巴胺能神经元（DANs）投射至纹状体尾部，并参与调控恐惧相关行为。听觉皮层参与恐惧条件反射的形成，但其是否直接调控多巴胺能神经元尚不明确。研究发现，SNL多巴胺能神经元具有独特的电生理特性，主要接收来自听觉皮层和时间关联皮层的强兴奋性输入，而SNc神经元则无此连接。抑制SNL多巴胺能神经元或其皮层输入可损害听觉恐惧条件反射，揭示了皮层-SNL通路在直接调控恐惧行为中的关键作用。

图一 SNL多巴胺能神经元具有独特的固有放电和突触特性

研究发现，SNL与SNc的多巴胺能神经元在形态和生理特性上存在显著差异。尽管两者均投射至纹状体尾部且部分分子标记（如钙结合蛋白和囊泡谷氨酸转运体2）在两区域均有表达，但SNL神经元的胞体面积比SNc小约30%-60%。

电生理记录显示，SNL多巴胺能神经元的自发放电频率较低，但放电模式高度不规则（峰间间隔变异系数高达43%），而SNc神经元放电则高度节律（变异系数<10%）。这种不规则性在细胞贴附和穿孔膜片钳记录中均存在且不受突触传递抑制影响，表明其源于内在电生理特性。进一步分析发现，SNL神经元动作电位后复极化程度较弱，与其SK通道电导较低有关；同时，HCN通道激活较弱。在突触输入方面，SNL多巴胺能神经元的微型兴奋性突触后电流（mEPSC）频率显著高于SNc，而微型抑制性突触后电流（mIPSC）频率则显著更低，表明SNL神经元主要接收兴奋性输入，与以抑制性输入为主的SNc神经元形成鲜明对比。此外，SNL神经元能更快达到更高的最大放电频率。

综上，SNL和SNc多巴胺能神经元在结构、固有电活动和突触输入模式上均存在根本差异，表明它们是功能不同的多巴胺能神经元亚群。

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图二 投射至纹状体尾部的多巴胺能神经元参与听觉恐惧学习

为研究SNL多巴胺能神经元在听觉恐惧条件反射中的作用，作者通过逆行病毒载体在DAT-Cre小鼠的纹状体尾部表达破伤风毒素轻链（TetTx），特异性抑制该通路的多巴胺释放。实验组注射AAV-DJ-DIO-eGFP-TetTx，对照组注射AAV-DIO-eGFP，四周后确认病毒表达成功。

恐惧条件反射实验范式分为两天。第一天在情境A中进行两个阶段：首先是习惯化阶段，在此期间单独呈现纯音刺激五次，每次持续30秒，作为条件刺激，时间间隔随机；随后是条件化阶段，在此期间纯音刺激结束时伴随一次0.6毫安、持续1秒的足底电击，作为非条件刺激。24小时后，在第二天，将已接受条件化的小鼠置于新环境中（情境B）进行记忆提取测试，此时仅呈现纯音刺激而不给予电击，以检测恐惧记忆的表达。在每个阶段，都量化了动物在纯音刺激期间的“僵直”行为，即僵直时间占总刺激时间的百分比。

在听觉恐惧条件反射实验中，抑制SNL多巴胺能神经元向纹状体尾部的神经递质释放，显著降低了小鼠在条件化和记忆提取阶段的僵直反应。与对照组相比，实验组僵直程度更低且未能表现出记忆巩固导致的僵直增强。结果表明，该多巴胺通路对恐惧记忆的编码与巩固至关重要，支持纹状体尾部多巴胺在促进威胁反应中的关键作用。

图三 听觉恐惧条件反射受投射至黑质外侧部的听觉联合皮层神经元调控

研究发现， AVT向SNL多巴胺能神经元提供强兴奋性输入。为探究该通路在恐惧学习中的作用，作者采用双病毒系统在野生型小鼠中特异性抑制AVT投射至SNL的神经元活动：先将逆行AAV9-Cre注射至SNL，再将Cre依赖的破伤风毒素（TetTx）病毒注入AVT，从而选择性阻断该通路的神经递质释放。

在恐惧条件反射实验中，使用频率调制声音作为条件刺激。结果显示，与对照组相比，抑制AVT→SNL通路的小鼠在条件化和记忆提取阶段对声音诱发的僵直反应显著降低，表明该通路参与听觉恐惧记忆的形成。为进一步区分听觉与情境性恐惧，另设实验在不同环境中进行条件化和记忆测试。结果仍显示，实验组小鼠在条件化和提取阶段的声音诱发僵直均减少，证实该通路主要调控听觉恐惧学习。此外，实验还发现情境性僵直也有所下降，提示AVT可能通过整合功能间接影响情境记忆，但其效应远小于对听觉恐惧的影响。综上，AVT→SNL多巴胺能通路在将复杂声音与威胁关联、建立听觉恐惧记忆的过程中发挥关键作用。

总结

作者的结果显示黑质致密部多巴胺能神经元并未受到皮层输入的直接支配。重要的是，发现抑制听觉联合皮层末梢的突触递质释放会显著损害听觉恐惧条件反射。因此，本研究拓展了对多巴胺系统调控动物行为的认识，表明厌恶反应和恐惧记忆的形成可能涉及皮层投射与黑质外侧部多巴胺能神经元之间的直接通信。

文章来源

https://doi.org/10.1038/s41467-025-63132-8

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