负面情绪如恐惧、焦虑和回避行为,是保护个体免受潜在危险的关键反应。但当这些情绪失控或异常时,便会导致诸如焦虑症、创伤后应激障碍(PTSD)等精神疾病。杏仁核,尤其是其基底外侧区(basolateral amygdala,简称BLA),多年来被认为是调节情绪的重要脑区。最新的科学研究揭示,BLA中的两大基因标记型神经元,即表达多巴胺D1受体(Drd1+)和多巴胺D2受体(Drd2+)的神经元,构成了两条平行且遗传区别明显的神经通路,直接投射至腹侧纹状体(ventral striatum)的不同亚区,分别是伏隔核(nucleus accumbens, NAc)和嗅觉结节(tubular striatum, TuS)。这两条通路在负面情绪调控中作用不同,揭示了情绪神经网络的复杂性与多样性。 基底外侧杏仁核拥有丰富的神经元类型,这些神经元通过其投射目标的不同而参与各种情绪及行为反应。
过去的研究已确认,distinct的BLA神经元可分别影响恐惧学习和奖赏行为。特别是Drd1+和Drd2+神经元表达的多巴胺受体不同,其调控机制和目标投射的差异给情绪调控提供了特殊途径。通过结合病毒追踪技术、脑片电生理记录、光遗传学与化学遗传学方法,科学家们揭示了这两种神经元群如何异质性地影响情绪状态。 研究发现,Drd1+和Drd2+神经元主要起源于BLA的基底核,这里聚集了大量向腹侧纹状体投射的神经细胞。利用逆行病毒示踪技术,将荧光标记精确定位在伏隔核和嗅觉结节,确认了BLA神经元对这两个腹侧纹状体亚区的输入。值得注意的是,相当比例的Drd1+和Drd2+神经元存在投射重叠,即有些神经元同时向NAc和TuS投射,显示出这一神经网络的复杂联结特性。
在解剖学基础的支持下,电生理实验则进一步证明这两类神经元投射终端对下游脊柱样投射神经元均具有兴奋性。特别是Drd1+ BLA神经元对伏隔核内Drd1+中型棘状神经元的直接激活更为显著,显示了它们在纹状体内形成强有力的兴奋性突触连接。而Drd2+ BLA神经元则对TuS内Drd2+和Drd1+神经元均有激活作用,但总体突触强度和连接比例较弱。该差异可能暗示两条通路在情绪表达及行为调控中的分工与专属性。 功能性行为实验结合光遗传学提供了对这两条通路在负面情绪调控中的直接证据。通过在活体小鼠模型中,利用光刺激分别激活Drd1+ BLA→NAc通路和Drd2+ BLA→TuS通路,行为表现为明显的回避反应。
该发现表明,这两条通路的激活可直接引发负面情绪相关的行为状态。此外,利用化学遗传学抑制技术阻断这些通路时,鼠类在Pavlovian气味-电击条件恐惧学习过程中,其恐惧相关呼吸节律和行为反应均受到明显影响,特别是抑制Drd1+ BLA→NAc通路和Drd2+ BLA→TuS通路都显著减弱了恐惧记忆的获取,进一步验证了这两条平行通路在负面情绪学习中的关键作用。 该研究的重要意义还体现在对多巴胺系统调控情绪的理解上。多巴胺D1受体和D2受体在BLA内部的差异表达可能决定了情绪调节的时序与强度。众所周知,多巴胺在情绪回路中的参与是复杂且多方面的,低多巴胺状态可能主要激活D2受体,调节特定情绪表达,而高多巴胺状态则可能激活D1和D2受体共同作用,增强对应的神经回路激活。本研究中Drd1+和Drd2+ BLA神经元分别对应于这两种受体表达,为多巴胺调控负面情绪提供了解剖和功能基础。
杏仁核与腹侧纹状体的投射关系是连接情绪评估与行为执行的重要神经桥梁。伏隔核作为奖赏与情绪加工的核心区域,TuS则是近年新兴认知的嗅觉与情绪整合中心。两者均通过不同的神经环路调控生物体对外界情绪性刺激的适应性反应。Drd1+和Drd2+ BLA神经元分别投射到这两个亚区,利用各自独特的神经递质和投射模式,实现负面情绪的层级调控。通过这些平行通路,脑内能够根据刺激特点和情绪需要,快速而精准地调整行为策略,既包括避免潜在威胁也可能涉及向奖励相关行为的转换。 此外,研究还指出该神经网络的复杂投射模式,包含多支分支和极其细致的投射终端分布,这将为未来针对特定亚区甚至亚层的神经调控提供多维度精准靶点。
尤其是考虑到不同亚区对情绪与行为的功能区分,针对性调节Drd1+和Drd2+ BLA通路的活动或或许能开发出更加有效的治疗焦虑及其他情绪障碍的手段。 本研究也强调了情绪行为的多维表现形式,诸如呼吸节律变化与运动冻结等对恐惧的不同表征指标,并指出了不同BLA通路可能在这些行为维度上的差异贡献。这不仅丰富了神经科学对情绪复杂性和动态多样性的理解,也为临床症状的细分和干预提供了理论依据。 同时,该发现对于理解多巴胺受体在杏仁核的功能提供了新的视角。此前对杏仁核内D1和D2受体的研究多集中于其对奖赏及恐惧的调节作用,但对Drd1+与Drd2+ BLA神经元投射与功能的拆解尚不充分。当前研究填补了这一空白,展示了两种不同的遗传和功能通路如何通过各自的目标区域实现负面情绪的分流调控,提示多巴胺系统内在的调节机制可能高度细化且有重要的区域依赖性。
这类发动机理的揭示,不仅有益于基础神经生物学领域的探索,也为心理疾病的神经机制研究开辟了新道路。例如,过度激活的Drd2+ BLA→TuS通路可能与过度恐惧或焦虑相关,而Drd1+ BLA→NAc通路异常可能导致恐惧的异常编码及学习,对于临床上诊治情绪障碍可能具有启示意义。未来结合更先进的单细胞测序技术、多光子钙成像和行为学解析,有望进一步细化这些通路的功能属性和动态变化,推动个体化治疗策略的发展。 综上所述,基底外侧杏仁核中的Drd1+和Drd2+两条遗传特性的平行神经通路通过分别投射至伏隔核和嗅觉结节,参与负面情绪的产生和学习过程。这种投射及功能的精细分工为理解杏仁核-腹侧纹状体回路在情绪调节中的机制提供了崭新视角,也显示了多巴胺系统在负面情绪塑造中的关键角色。揭示这些通路的结构及功能特点,对探索情绪障碍病理和开发新型神经调控治疗方法均具有重要意义。
未来,随着技术进步及跨学科融合,这一领域将迎来更多突破,为人类精神健康保驾护航。