上海生科院揭示動物防御行為的神經機制

　　7月20日，中國科學院上海生命科學研究院神經科學研究所王佐仁研究組在《神經科學雜志》發表了題為《導水管周圍灰質神經活動在不同類型的防御行為中的作用》的研究論文。該研究報道了中腦導水管周圍灰質腦區periaqueductal gray (PAG)參與動物防御行為的神經機制。

　　防御行為，比如逃跑、僵直、危險探測等，對動物的生存非常重要。當遭遇危險時，動物會根據所處的情境做出適當的防御反應從而提高自己存活的機會。以前的研究發現中腦的PAG參與控制防御行為，但是PAG神經元在積極防御行為中的神經活動并沒有被研究過，其在不同方面的防御行為中的具體作用仍不明確。

　　為研究這一問題，王佐仁研究組首先應用光遺傳的手段激活小鼠中表達有感光蛋白的PAG神經元，發現光刺激可以誘導小鼠產生跑、僵直、躲避等行為，這些行為與動物在面臨威脅時產生的防御行為相似。接著，研究人員利用在體多通道電極記錄技術記錄了小鼠展現出防御行為（暴露給大鼠）時PAG群體神經元的活動。研究發現PAG中存在兩群神經元分別參與編碼防御行為的兩個方面：探測危險（risk assessment，危險檢測方面）與逃跑（flight，危險反應方面）。

　　進一步的分析發現了之前未被發現的PAG神經元編碼防御行為的反應特性。對于與危險探測相關的神經元，其神經活動在小鼠更靠近大鼠時為高。對于與逃跑相關的神經元，它們的神經活動與小鼠在逃跑時的實時速度沒有顯著的相關性，但一部分逃跑細胞的平均放電頻率與小鼠逃跑時期的最大逃跑速度有正相關，這說明逃跑細胞的神經活動與單純的運動無關。這些結果為研究防御行為的神經編碼機制提供了新的思路。

　　該課題由博士生鄧菡菲、肖雄在研究員王佐仁的指導下合作完成。課題得到了中科院戰略先導（B）項目的資助。

圖A：左為一個代表性的“逃跑神經元”的神經活動；右為所有逃跑神經元歸一化后的平均神經活動。神經元活動以逃跑的起始點對齊，藍色陰影標注的是小鼠逃跑的時期，橙色陰影則為危險探測時期。圖B：左為一個代表性的“危險探測神經元”的神經活動；右為所有危險探測神經元歸一化后的平均神經活動。