为何我们天生喜欢美食、讨厌臭味？山东大学陈哲宇团队揭示丘脑束旁核趋利避害的神经环路机制

我们天生就会趋利避害：喜欢美食、甜味，讨厌臭味、苦味。但大脑是怎么分辨“好”与“坏”并指挥我们行动的？

基于此，2025年10月31日，山东大学基础医学院陈哲宇研究团队在Cell Reports杂志发表了“The distinct subpopulations in parafascicular thalamic nucleus encoding innate emotional valence”揭示了丘脑束旁核中编码先天性情绪效价的不同亚群。

作者的研究发现，接触奖赏性和厌恶性效价刺激会增强丘脑束旁核（PF）中cFos的表达和钙信号活动。识别出PF中两个不同的神经元亚群分别编码奖赏性或厌恶性情绪效价。此外发现投射至腹侧被盖区（VTA）或中脑导水管周围灰质（PAG）的PF亚群在解剖结构上是分离的，PF-VTA和PF-PAG环路分别介导了奖赏性行为和厌恶性行为。压力刺激后，这些PF神经元亚群的活动发生改变，导致相关的抑郁样表型以及效价反应异常。这些发现增进了作者对PF及其神经环路在情绪处理中的作用以及其在抑郁症中功能失调机制的理解。

图一 不同的PF神经元参与了先天性的趋利与避害行为

先前的研究已证实，花生酱对小鼠而言是一种奖赏性刺激，而异戊胺则是一种厌恶性刺激。

为了探究效价相关行为的神经基础，作者在小鼠暴露于异戊胺或花生酱气味后，检测了丘脑中c-Fos蛋白（神经元激活的间接标志物）的表达。当小鼠接触令人喜欢或讨厌的气味、味道甚至电击时，丘脑的几个核团（如室旁核、束旁核）都会被激活，表现为神经元活动标志物c-Fos大量出现。

进一步实验发现：丘脑室旁核对“有多强烈”敏感，不管刺激是好是坏，只要够“强烈”就会激活。这说明它们编码的是刺激的显著性。

而PF则不同：它包含两个独立的神经元群体，一组专门响应“奖励”（如甜味、花生酱），另一组专门响应“厌恶”（如苦味、臭味、电击）且不受感官方式影响（闻的、吃的、电的都能触发），说明它编码的是情绪的好坏（效价）。

通过光纤记录钙信号，证实PF神经元在面对各种好或坏的刺激时都会活跃。更重要的是，当用光遗传技术抑制束旁核神经元时，小鼠对喜欢的东西不再趋近，对讨厌的东西也不再躲避，说明它们失去了趋利避害的本能。

总之，PF是大脑中一个关键的“情绪开关”负责区分好坏并驱动先天的情绪行为，是实现“趋利避害”的核心脑区。

图二 抑制PF内被APP-TRAP标记或被AV-TRAP标记的神经元会减弱奖赏性行为或厌恶性行为

研究人员发现，PF中存在两个功能特异的神经元亚群，分别负责驱动“趋利”与“避害”行为。

作者利用TRAP技术标记了对奖励（如花生酱气味）或厌恶（如臭味、苦味、电击）刺激响应的PF神经元。光纤记录显示，奖励相关神经元只在接触各种“好事”（如食物、蔗糖）时激活，厌恶相关神经元则只响应“坏事”且不受感官方式影响，说明它们编码的是情绪的“好坏”（效价）而非具体感觉。

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进一步实验发现，选择性抑制奖励神经元会削弱小鼠对甜食和香味的偏好，但不影响其避害行为；反之，抑制厌恶神经元则会降低其对臭味和苦味的躲避，但不影响趋利行为。更关键的是，直接激活奖励神经元能让小鼠主动靠近光刺激区域，产生“快乐”偏好；而激活厌恶神经元则引发明显的躲避行为，如同感受到痛苦。

结果表明，PF中的这两群神经元就像是大脑的“快乐按钮”和“痛苦开关”，分别特异性地介导并足以驱动趋利与避害的本能行为。

图三 PF内的不同神经元亚群在解剖上相互分离，在功能上则分别参与相反的情绪效价

研究人员发现，PF中负责“趋利”与“避害”的两类神经元不仅功能不同，还通过两条独立的神经通路将信息传递至下游脑区。对奖励敏感的神经元（APP-TRAPed）主要投射到VTA形成PF-VTA通路；而对厌恶敏感的神经元（AV-TRAPed）则主要投射至中脑导水管周围灰质PAG形成PF-PAG通路。这两群神经元在解剖上几乎不重叠，彼此独立。

进一步实验显示，投射到VTA的PF神经元只在小鼠接触花生酱、糖水等奖励刺激时被激活，而投射到PAG的神经元仅响应臭味、苦味或电击等厌恶刺激。光遗传学激活PF-VTA通路会引发趋近行为，产生奖赏效应；激活PF-PAG通路则导致躲避反应，产生厌恶情绪。

结果表明，大脑通过PF-VTA和PF-PAG这两条分立的神经环路，分别精确调控“追求快乐”和“逃避痛苦”的本能行为，实现了对情绪效价的特异性编码与行为输出。

图四 CRS导致投射至VTA和PAG的PF神经元发生结构和功能上的改变

既往研究表明，与情绪效价相关的脑区功能障碍与抑郁症有关，而PF是抑郁症病理生理过程中的一个关键汇聚点。

研究人员探究了PF两条情绪通路：PF-VTA（奖赏）和PF-PAG（厌恶）在抑郁症中的作用。通过建立慢性束缚应激小鼠模型，发现动物出现典型抑郁和焦虑行为，如快感缺失、活动减少、回避开放空间等。

进一步分析显示，长期压力导致这两条通路发生相反的改变：投射到VTA的“趋利”神经元树突棘密度降低，电活动减弱，突触传递下降，钙信号减少，功能被显著抑制；而投射到PAG的“避害”神经元则树突棘增多，兴奋性增强，突触活动和钙信号均升高，处于过度活跃状态。

结果表明，慢性应激破坏了大脑情绪调控的平衡“快乐通路”变弱，“痛苦通路”变强，可能正是导致抑郁的核心机制。

图五 全文摘要图

总结

作者识别出PF中两个离散的神经元亚群分别参与编码奖赏性或厌恶性情绪效价。证明了投射至VTA和PAG的神经元亚群在解剖结构上相互分离并分别在奖赏性和厌恶性行为中发挥功能作用。最后，发现这些神经环路的功能障碍介导了CRS所引发的抑郁样行为以及情绪效价反应的异常。该研究为理解抑郁症的神经机制提供了新视角，并提示PF相关环路可能是潜在治疗靶点。

文章来源

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2025.116482

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