漸漸的，我們將要揮別2019，迎來嶄新的2020了!在過去的2019，我們接受了滿滿的正能量，大腦的前額葉神經(jīng)元也會(huì)傾向與接受正能量、積極情緒的同伴，滔博生物（www.top-bright.com）也會(huì)帶著滿滿的正能量協(xié)同大家在2020共同進(jìn)步！

下面將由滔博生物的小編來為大家說道說道這個(gè)大腦前額葉對于“正能量”的選擇編碼！請需要原文的老師和同學(xué)轉(zhuǎn)發(fā)、評論和留言吧！

前額葉皮層(PFC)通過非語言交流參與他人情感狀態(tài)的加工。這種社會(huì)認(rèn)知功能被認(rèn)為依賴于完整的皮層神經(jīng)元興奮性和抑制性平衡。在這里，科學(xué)家將在體電生理技術(shù)，inscopix在體超微顯微成像技術(shù)與小鼠情感狀態(tài)識別的行為任務(wù)（ADT）相結(jié)合，展示了在社會(huì)探索過程中，mPFC神經(jīng)元的興奮性和抑制性取決于神經(jīng)元的情感狀態(tài)。這項(xiàng)研究成果由意大利的科學(xué)家Francesco Papaleo研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表在Nature Neuroscience上，“Somatostatin interneurons in the prefrontal cortex control affectivestate discrimination in mice”。

通過巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過inscopix在體超微顯微成像技術(shù)，在體電生理技術(shù)和光遺傳技術(shù)的結(jié)合，發(fā)現(xiàn)抑制mPFC生長抑素(SOM+)，而不是抑制小白蛋白(PV+)中間神經(jīng)元，可以消除情感狀態(tài)識別。因此，mPFC SOM+中間神經(jīng)元的同步激活選擇性地誘導(dǎo)社會(huì)識別。inscopix在體超微顯微成像揭示了，引導(dǎo)錐體神經(jīng)元抑制的mPFC SOM+中間神經(jīng)元的同步活動(dòng)增加與情感狀態(tài)識別有關(guān)。這個(gè)發(fā)現(xiàn)為情感狀態(tài)識別的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制提供了新的見解。

 正文

通過對面部和身體表情的感知來理解他人的情緒是一種對日常生活至關(guān)重要的能力。情緒識別障礙在許多神經(jīng)退行性疾病、神經(jīng)精神疾病和神經(jīng)發(fā)育障礙中很常見。例如，情緒識別缺陷是自閉癥譜系障礙(ASD)的核心特征，在精神分裂癥中表現(xiàn)得非常明顯。這些社會(huì)性認(rèn)知障礙對日常功能的影響可能比非社會(huì)性認(rèn)知缺陷更有害。此外，對這些社會(huì)認(rèn)知缺陷的管理仍然不充分，突顯出需要更深入地理解識別他人情感狀態(tài)的能力背后的機(jī)制。 被人類神經(jīng)成像研究識別的“社交大腦”指的是控制社會(huì)認(rèn)知過程的網(wǎng)絡(luò)，邊緣和額葉區(qū)域可能在其中扮演關(guān)鍵角色。特別是，社會(huì)認(rèn)知功能的自上而下的控制可能是由邊緣系統(tǒng)上的前額葉皮層(PFC)來協(xié)調(diào)的。事實(shí)上，內(nèi)側(cè)PFC(MPFC)受損與情緒識別受損有關(guān)。因此，PFC是研究這種行為背后的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制的一個(gè)有吸引力的大腦區(qū)域。然而，研究人員對支持情緒識別的PFC神經(jīng)回路的理解仍然不完整，這主要是由于人類允許的操作的分辨率水平和缺乏翻譯模型。 越來越多的證據(jù)表明，神經(jīng)元興奮和抑制的平衡支配著皮層功能。在ASD和精神分裂癥的病因?qū)W中，這種平衡的擾動(dòng)通常被認(rèn)為是一種可能的最終共同途徑。例如，在人類中，ASD患者大腦中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)中間神經(jīng)元密度降低和GABA能信號的改變。與人類的這些發(fā)現(xiàn)一致，小鼠mPFC中興奮性和抑制性平衡的破壞導(dǎo)致了社會(huì)探索缺陷和社交能力障礙。此外，其他嚙齒動(dòng)物的研究表明，PFC與不同的社會(huì)功能有關(guān)，如社會(huì)互動(dòng)、代用凍結(jié)、社會(huì)等級制度和附屬行為。然而，PFC回路及其相關(guān)的興奮和抑制平衡是否參與檢測和處理其他情緒狀態(tài)表達(dá)的能力仍不確定。 在此，研究人員提出，mPFC內(nèi)的抑制性神經(jīng)元亞群可能對情緒狀態(tài)識別的加工有不同的貢獻(xiàn)。為了探索以細(xì)胞類型特定的方式參與情感狀態(tài)識別的mPFC電路，研究人員使用了一個(gè)近似于人類“情緒識別任務(wù)”的嚙齒動(dòng)物任務(wù)。特別是，這項(xiàng)任務(wù)是為了研究小鼠根據(jù)情感狀態(tài)識別同種物質(zhì)的能力。利用在體電生理和inscopix超微顯微成像技術(shù)，研究人員證明了mPFC在改變的情感狀態(tài)下對同種物質(zhì)有不同的反應(yīng)。通過光遺傳實(shí)驗(yàn)和超微顯微成像，研究人員獲取了不同mPFC神經(jīng)元亞群參與情緒狀態(tài)識別的情況。總之，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持了這樣的一個(gè)模型，即在mPFC中，生長抑素(SOM+)的同步激活，而不是小白蛋白(PV+)中間神經(jīng)元或錐體神經(jīng)元的同步激活，是情感狀態(tài)區(qū)分表達(dá)的主要機(jī)制。

結(jié)果

1. 小鼠可以根據(jù)改變的情感狀態(tài)識別同類，情感狀態(tài)識別是一種不同于社交的穩(wěn)定特質(zhì)

研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)非常有趣的情感狀態(tài)識別實(shí)驗(yàn)（ADT），“觀察者”小鼠會(huì)在迷宮里面接觸兩只陌生的小鼠，這兩只小鼠就是”表演者“。1號表演者在實(shí)驗(yàn)開始前的進(jìn)行了23個(gè)小時(shí)的斷水，然后在實(shí)驗(yàn)開始前的1個(gè)小時(shí)恢復(fù)飲水，這對小鼠來說是一種積極的情緒。2號表演者呢，在過去的24小時(shí)可以隨意喝水，這個(gè)情緒是中性的。通過行為學(xué)的測試發(fā)現(xiàn)，”觀察者“小鼠更愿借接近1號表演者，是的，小編沒有說錯(cuò)哦，小鼠也是愿意接受正能量、積極情緒的同伴的。

圖1 小鼠可以根據(jù)改變的情感狀態(tài)識別同類

為了評估情感狀態(tài)識別的可靠性，讓不同的實(shí)驗(yàn)人員在天然的小鼠身上重復(fù)了幾次ADT，并在后來的光遺傳學(xué)和電生理實(shí)驗(yàn)中，在一大群動(dòng)物(n=96“積極”，n=93“緊張”)中重復(fù)了研究人員最初的發(fā)現(xiàn)。在天然的動(dòng)物和植入電極的小鼠中進(jìn)行的ADT的數(shù)據(jù)被匯集在一起，并顯示為對被操縱的小鼠的探索百分比(積極和緊張，圖1I，l)。情感狀態(tài)識別是一種可靠的可觀察行為，只有12%的受測小鼠沒有區(qū)分處于改變的情感狀態(tài)或中性情感狀態(tài)的小鼠(積極，96只中的10只，圖1J；緊張，93只中的13只；圖1M)。

2. 在情感狀態(tài)改變的同伴探查過程中mPFC神經(jīng)元活動(dòng)增強(qiáng)

通過行為學(xué)的觀察，研究人員發(fā)現(xiàn)了動(dòng)物識別情感狀態(tài)的現(xiàn)象，那么小鼠是怎么識別出情緒的呢？研究人員通過在體電生理技術(shù)記錄了mPFC腦區(qū)中間神經(jīng)元的放電變化，發(fā)現(xiàn)中間神經(jīng)元的放電頻率增加與識別情緒狀態(tài)的過程相關(guān)。小鼠mPFC參與了情感狀態(tài)識別，大多數(shù)細(xì)胞對改變狀態(tài)的表達(dá)有反應(yīng)。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，在mPFC中，無論是在積極或消極的情感狀態(tài)下，窄峰電位抑制性中間神經(jīng)元都比寬峰電位神經(jīng)元表現(xiàn)出更高的參與和對同種特異性的偏好。

圖2 在情感狀態(tài)改變的情況下，探索同類時(shí)神經(jīng)元活動(dòng)增強(qiáng)。

為了驗(yàn)證觀察到的神經(jīng)元活動(dòng)的增加是否與探索不同情感狀態(tài)下的同種個(gè)體有關(guān)，研究人員在ADT中使用了兩個(gè)中性的”表演者”，在探索兩個(gè)中性“表演者“時(shí)，神經(jīng)元活動(dòng)沒有明顯的差異。這一發(fā)現(xiàn)支持了mPFC神經(jīng)元活動(dòng)增加與情感狀態(tài)改變的小鼠探索之間的聯(lián)系。 接下來，研究人員研究了哪種感覺形態(tài)可能觸發(fā)情感狀態(tài)識別及其相關(guān)的mPFC神經(jīng)元激活。研究人員進(jìn)行了超聲（聽覺），完全黑暗環(huán)境（視覺）以及從中性，積極和緊張的表演者身上收集了氣味（嗅覺）等方面進(jìn)行了ADT測試，發(fā)現(xiàn)聽覺在小鼠情感狀態(tài)識別中的邊緣參與；視覺線索可以傳達(dá)情感信息，但可能是可有可無的；當(dāng)情緒狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，對氣味的偏好程度要比實(shí)際表現(xiàn)出來的小�？偟膩碚f，這些結(jié)果表明，mPFC細(xì)胞(尤其是窄峰電位細(xì)胞)的激活率增加與情感性狀態(tài)的探索有關(guān)。

3. 光抑制mPFC PV+中間神經(jīng)元不影響情感狀態(tài)識別，光抑制mPFC SOM+中間神經(jīng)元消除情感狀態(tài)識別

研究人員的電生理學(xué)結(jié)果表明，mPFC中的中間神經(jīng)元起了主要的作用。小白蛋白陽性(PV+)細(xì)胞是mPFC中最豐富的中間神經(jīng)元亞群。為了研究抑制mPFC PV+細(xì)胞是否會(huì)影響情感狀態(tài)的識別，研究人員向PV-CRE小鼠的mPFC注射了攜帶Cre依賴的光遺傳病毒(AAV-EF1a-DIO-eNpHR3.0-EYFP)，并植入了光纖。SOM+細(xì)胞是大腦皮層局部GABA能中間神經(jīng)元的另一主要亞型。為了研究它們可能參與的行為，研究人員將AAV-EF1a-DIO-eNpHR3.0-EYFP注射到SOM-CRE小鼠的雙側(cè)mPFC，并在該區(qū)域的植入慢性光纖。結(jié)果顯示，光抑制mPFC PV+中間神經(jīng)元不影響情感狀態(tài)識別，光抑制mPFC SOM+中間神經(jīng)元消除情感狀態(tài)識別

圖3 光抑制PV+中間神經(jīng)元不影響情感狀態(tài)識別

圖4 光抑制mPFC SOM+中間神經(jīng)元消除情感狀態(tài)識別

4.    光激活mPFC SOM+中間神經(jīng)元誘導(dǎo)社會(huì)識別，光抑制mPFC錐體神經(jīng)元并不能消除情感狀態(tài)識別

接下來，研究人員假設(shè)刺激mPFC SOM+中間神經(jīng)元是否足以在中性狀態(tài)下誘導(dǎo)同種特異性的區(qū)分。為了驗(yàn)證這一假設(shè)，研究人員將CRE依賴的通道視紫紅質(zhì)-2載體(AAV-EF1a-DIO-ChR2-EYFP)注入SOM-CRE小鼠的mPFC，并在注射部位植入慢性光纖。通過ADT測試，表明，刺激mPFC內(nèi)SOM+中間神經(jīng)元足以誘導(dǎo)社會(huì)識別。中間神經(jīng)元?jiǎng)討B(tài)地調(diào)節(jié)錐體神經(jīng)元的活動(dòng)，錐體神經(jīng)元是mPFC中的主要細(xì)胞類型。研究人員的電生理學(xué)記錄表明，當(dāng)探索處于改變的情感狀態(tài)的演示者時(shí)，寬峰電位錐體細(xì)胞也可能表現(xiàn)出更高的活性。然而，這種增加的激活比窄峰電位細(xì)胞的激活要小，并且在適應(yīng)階段沒有克服寬峰電位活動(dòng)。因此，研究人員將AAV-CaMKIIa-eNpHR3.0-eYFP雙側(cè)注射C57/BL6小鼠，并將光纖植入注射部位，以檢測錐體細(xì)胞活化可能參與ADTs。結(jié)果表明，抑制mPFC錐體細(xì)胞并不足以完全消除情感狀態(tài)的識別，也不足以影響一般的社交指數(shù)。

圖5 光激活mPFC SOM+中間神經(jīng)元誘導(dǎo)社會(huì)識別

圖6 光抑制mPFC錐體神經(jīng)元并不能消除情感狀態(tài)識別

5.    情緒狀態(tài)識別激活SOM+，抑制錐體神經(jīng)元

為了闡明mPFC SOM+神經(jīng)元在情感狀態(tài)識別過程中的生理反應(yīng)，以及它們的活動(dòng)如何整合到mPFC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，研究人員接下來研究了單個(gè)SOM+神經(jīng)元和錐體神經(jīng)元在ADT過程中的動(dòng)力學(xué)變化。研究人員對表達(dá)了基因編碼的鈣指示(GCaMP)神經(jīng)元進(jìn)行在inscopix在體超微顯微成像。研究人員發(fā)現(xiàn)，與緊張過程中SOM+神經(jīng)元的適應(yīng)性相比，ADT中Ca2+事件的發(fā)生率總體增加(圖7b，c)。相比之下，在中性條件下，錐體神經(jīng)元的Ca2+事件數(shù)量明顯減少(圖7d，e)。更重要的是，對每個(gè)ADT范式(即只有中性，緩解和中性，緊張和中性)中單個(gè)神經(jīng)元活動(dòng)的直接量化表明，SOM +細(xì)胞比與中性演示者接觸時(shí)更活躍 (圖7)。

圖7 激活mPFC內(nèi)SOM+中間神經(jīng)元并抑制錐體神經(jīng)元，驅(qū)動(dòng)情感狀態(tài)識別

6.    情緒狀態(tài)識別觸發(fā)SOM+中間神經(jīng)元的同步活動(dòng)

神經(jīng)元的協(xié)調(diào)被認(rèn)為在信息的傳播和處理中起著關(guān)鍵作用，而SOM+中間神經(jīng)元是節(jié)律產(chǎn)生的關(guān)鍵。因此，研究人員評估了SOM+中間神經(jīng)元或錐體神經(jīng)元的同步化對情感狀態(tài)識別的可能影響。通過比較習(xí)慣化和ADT條件下的神經(jīng)元同步活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)SOM+中間神經(jīng)元和錐體神經(jīng)元在僅有中性演示者的情況下沒有差異(圖7J)。相比之下，SOM+神經(jīng)元在緩解ADT和緊張ADT上都顯示出比錐體神經(jīng)元更高的同步性(圖7J)。此外，與習(xí)慣化階段相比，只有在情感狀態(tài)改變的情況下，同步的SOM+對才會(huì)增加(圖7K)。相比之下，在所有條件下，ADT組的同步錐體對都低于習(xí)慣化組(圖7k)。最后，緩解和緊張ADTS中SOM+神經(jīng)元的成對同步性高于單純中性條件下(圖71)，而錐體神經(jīng)元?jiǎng)t顯示相反的結(jié)果(圖7L)。這些數(shù)據(jù)表明，同種情況下情感狀態(tài)改變的編碼與SOM+神經(jīng)元的激活和同步增加有關(guān)，與錐體神經(jīng)元的抑制增加和同步減少有關(guān)(圖7M)。 在過往的研究中，表明神經(jīng)元的同步活動(dòng)在信息傳遞和處理中起著關(guān)鍵性的作用，本文的研究人員通過在體電生理技術(shù)，光遺傳技術(shù)和inscopix超微顯微成像技術(shù)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了在識別情緒過程中，mPFC的中間神經(jīng)元和錐體神經(jīng)元的同步活動(dòng)都會(huì)改變，其中中間神經(jīng)元的同步化增加更明顯。

參考文獻(xiàn)：Diego Scheggia, et al., Somatostatin interneurons in the prefrontal cortex control affective state discrimination in mice. NATURE NEUROSCIENCE | VOL 23 | January 2020 | 47–60

 

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