机体的生存高度依赖于大脑敏锐感知险情并在危险解除前持续维持警觉状态的能力。数十年来,经典神经科学理论始终将杏仁核(Amygdala)奉为大脑恐惧处理回路的核心。然而,一个长期存在的神经机制悖论始终困扰着科研人员:杏仁核内的神经元在威胁刺激初次出现时,主要表现为极为短暂的爆发式放电,随后迅速归于平静。如果最初触发的警报转瞬即逝,那么在最初的危险冲击过后,长时程的“战斗、逃跑或僵直(fight, flight, or freezing)”等持续性防御行为又是依靠何种中枢机制维系的?
为了解开这一谜题,来自美国索尔克生物研究所(Salk Institute for Biological Studies)的研究团队将视线投向了毗邻杏仁核却长期被忽视的一处解剖学隐匿区域——杏仁核-纹状体过渡区(amygdalostriatal transition zone, ASt)。相关研究成果近日发表在国际神经科学顶尖期刊《Neuron》上。
研究团队证实,ASt展现出经典杏仁核模型中所缺失的持续、长时程神经元电活动,它正是维持恐惧反应不断运转的关键神经桥梁。研究联合通讯作者、索尔克研究所教授及霍华德·休斯医学研究所(HHMI)研究员 Kay Tye 博士指出:“长久以来,学界普遍认为杏仁核是恐惧中枢,却完全忽略了基底外侧杏仁核与中央杏仁核之间的过渡空隙。杏仁核在危险刚露头时剧烈放电,但在那之后呢?究竟是什么在驱动持续存在的恐惧?正是此前被忽略的杏仁核-纹状体过渡区。”
绘制未知的神经中枢交汇点
由于 ASt 解剖结构体积极小且位于大脑深层,学界此前对其缺乏细致探究,甚至无法确定其究竟是一个边界模糊的交错带,还是一个具备独立功能的特定解剖学结构。索尔克团队的研究通过严谨的细胞构筑与连接学分析明确证实,小鼠的 ASt 是一个在解剖与功能上均高度独立的脑区,严格区别于其相邻的杏仁核与纹状体。
联合通讯作者、犹他大学助理教授 Fergil Mills 博士表示:“ASt 恰好坐落在大脑情绪关联系统与动作选择系统的‘十字路口’,但其具体功能以往鲜为人知。”研究人员在自由移动的小鼠暴露于危险线索的环境下,联合运用了单细胞分辨率的体内钙成像(in vivo calcium imaging)与活体电生理记录技术。监测数据清晰地显示:在小鼠遭遇威胁刺激后,杏仁核神经元的活跃度迅速下降,而 ASt 神经元在整个威胁暴露的持续阶段中,始终维持着高强度且持久的放电状态。
功能操控揭示恐惧回路的因果链条
为了确立 ASt 神经元放电动态与小鼠防御行为状态之间的因果关系,研究团队进一步采用光遗传学(Optogenetics)与化学遗传学(Chemogenetics)工具,对 ASt 的特定细胞群实施了精确调控:
靶向激活:利用光遗传学手段选择性兴奋 ASt 神经元,能够直接诱发小鼠产生显著的僵直(freezing)与主动回避(active avoidance)行为,完美复刻出机体在高警觉状态下的本能防御模式;
靶向抑制:当使用药物或光遗传技术特异性沉默该脑区时,小鼠的防御反应发生明显衰减。更深入的细胞亚群剖析发现,ASt 内部一群特异性表达多巴胺受体的神经元亚群,对于机体组织和发动恐惧行为是必不可少的充分必要条件。
上述因果实验有力地证明,ASt 绝非被动记录情绪显著性(emotional salience)的信号中转站,而是一个主动将上游情绪评估信号转化为持续性下行动作输出的核心协调中枢。它构成了几十年来隐藏在大脑深处、连接情绪感知与动作执行的“缺失环节”。
为病理性焦虑与创伤后应激障碍开辟全新干预靶点
广泛性焦虑症、恐惧症、惊恐发作以及创伤后应激障碍(PTSD)等精神心理疾病席卷全球数亿患者。这类临床病症的共同病理特征,正是大脑在外部现实威胁消退之后,依然无法及时关闭处于失控状态的持久性恐惧与防御反应。
通过精准解析 ASt 在维持防御行为中的动力学机制,该项研究为病理性长效恐惧的临床干预提供了崭新的治疗窗口。未来的药物研发或神经调控策略,若能针对性靶向减弱 ASt 环路的异常过度兴奋,或特异性干预其内部的多巴胺受体靶向细胞,将有望在不破坏机体正常、初级危险防御预警机制的前提下,精准阻断病理性持续恐惧的发作,从而为严重恐惧相关障碍的精准治疗提供全新的神经生物学方案。
Fergil Mills, et al., The amygdalostriatal transition zone coordinates persistent defensive behaviors across threat states, Neuron, 2024.
DOI / Source: Salk Institute for Biological Studies
