初级视皮层通过丘脑外侧后核对皮层下本能恐惧神经环路的调控机制

Objective: To clarify whether the primary visual cortex (V1) affects innate fear response by regulating lateral posterior nucleus(LP) neurons in mice and what is the underlying neural basis? Based on preliminary results that the projection from Vglut2+ neurons in the intermediate layers of the SC(ILSCm) to the mediocaudal part of LP (LPMC) can process innate fear response specifically and there is functional projection from the layer 6 of V1 neurons to LPMC, we will study 1) the structure characteristic of the circuits from SC/V1 to LP; 2) the response properties of LP neurons to the visual stimuli evoked innate fear; 3) the functional characteristic of the circuits from SC/V1 to LP and the effects on innate fear response by using multidisciplinary techniques like neural circuits tracer, cell specific optogenetics/pharmacogenetics, in vivo multi-channel electrophysiological recording and calcium fluorescence detection in behaving mice. This study will facilitate our understanding of the neural circuits by which the cortex regulates subcortex information and provide new thoughts for the diagnosis and treatment of abnormal fear processing in mental disorders.

目标：以小鼠为研究对象，解析初级视皮层（V1）第六层神经元通过丘脑外侧后核（LP）对皮层下本能恐惧神经环路的调控机制。基于预实验结果：SC中层内侧Vglut2+神经元到LP尾内侧亚区（LPMC）的投射特异性处理视觉本能恐惧信息，V1不同层倾向于投射到LP的不同亚区且LPMC中的恐惧视觉刺激敏感神经元可以被V1的投射激活/抑制，现拟整合运用病毒环路示踪，光遗传/药物遗传学，清醒动物在体电生理记录与在体荧光检测，行为学检测等多学科交叉的先进技术，研究 1）SC和V1分别到LP的输入连接图谱的结构特征；2）LP神经元对本能视觉恐惧刺激的编码机制；3）SC和V1对LP不同亚区细胞特异性投射的功能及其对本能恐惧反应的影响。本研究将加深我们对丘脑的认识，为理解皮层对皮层下信息调控的神经环路机制提供依据，为表现有本能恐惧情绪异常的精神疾病的诊疗提供新的研究思路。

本能恐惧反应是动物维持生存必备的本能反应之一，丘脑外侧后核（LP）是哺乳动物大脑中丘脑枕（pulvinar）在小鼠脑中的同源核团，其作为皮层上、下区域的重要连接核团，是如何整合皮层上、下的视觉信息，编码本能恐惧反应的，目前并不清楚。本课题以小鼠为研究对象，通过整合运用病毒环路示踪，光遗传学，行为学以及清醒动物在体电生理记录等多种技术，研究了1）上丘（SC）和初级视皮层（V1）分别到LP的连接图谱的结构特征；2）LP神经元对本能视觉恐惧刺激的编码机制；3）SC和V1对LP不同亚区细胞特异性投射的功能及其对本能恐惧反应的影响。我们发现：1）来自V1的投射倾向于分布在LP前侧，而来自SC的投射倾向分布在LP后侧；2）LP中包含有三种对阴影刺激（LS）不同反应模式的神经元，且多分布在LP后侧；3）SC向LP的投射对LP中的LS神经元主要起兴奋性作用，V1向LP的投射对LP中的LS神经元有调节作用；4）SC OP层有两种神经元亚型投射至LP后侧，其中一种投射介导长时程的冻结行为（强直静止），一种投射能够介导小鼠的短时静止行为，提升小鼠的觉醒水平，增强小鼠的本能防御。综上，本研究加深了我们对丘脑的认识，发现了从SC到LP的介导强直静止行为和短时静止行为的两条不同的神经环路，V1对LP神经元的“恐惧视觉反应”具有调节作用。这些发现可为表现有本能恐惧情绪异常的精神疾病的诊疗提供新的研究思路。