社交派生信息的皮层转移对情绪识别的门控作用

2024-05-22 Wed
社交派生信息的皮层转移对情绪识别的门控作用背景介绍情绪识别及其随之而来的反应对生存和社会功能的维持具有重要意义。然而，如何处理来自社会信息以可靠地进行情绪识别仍不完全清楚。在这项新研究中，作者揭示了一种进化上保守的长程抑制/兴奋性脑网络在这些社会认知过程中的作用。这项研究通过对从内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex, mPFC）到视网膜后皮层（retrosplenial cortex, RSC）的长程投射网络进行了详细分析，以揭示其在情绪识别过程中的作用。
这些发现的背景重要性在于，情绪识别能力的缺陷会阻止个体在看到同类的情绪变化时提供帮助或逃避威胁。此外，这种社会认知能力的缺陷在某些精神和神经发育障碍（如精神分裂症和自闭症中）很常见，对患者生活有深远影响。大规模的脑网络参与了这些社会认知能力，尤其是那些组织所谓的默认模式网络（default mode network, DMN）的哺乳动物社会脑部件。然而，这些皮质间网络如何调节情绪识别的回路机制仍然未知。
论文来源本文由Daniel Dautan, Anna Monai, Federica Maltese, Xiao Chang, Cinzia Molent等多位研究者共同完成，其中第一作者Daniel Dautan, Anna Monai和通讯作者Francesco Papaleo的研究机构包括意大利技术研究所、复旦大学脑启发智能科学与技术研究所以及柏林Charite大学。该论文发表在2023年《Nature Neuroscience》期刊上，文章DOI为：https://doi.org/10.1038/s41593-024-01647-x。
研究工作流程实验设计与流程研究首先通过解剖追踪在小鼠中揭示了内侧前额叶皮层（mPFC）到视网膜后皮层（RSC）的体细胞抑制性GABA能神经元的亚群投射存在性。这些mPFC到RSC的投射是否参与情绪识别通过光遗传学操作和钙成像光度技术得以证明。此外，人类功能成像数据表明，这些长程投射和反馈回路在情绪识别中起特定作用。
解剖追踪：通过在小鼠RSC注射霍乱毒素B亚单位（CTB-647）进行逆行追踪，确认了来自mPFC的输入，并利用外源病毒载体在体内标记mPFC中的体细胞（som）神经元。
病毒注射和光遗传学操控：向mPFC的som-cre小鼠注射复合腺相关病毒（AAV-dio-NpHR或AAV-dio-ChR2），并在RSC放置LED灯以抑制或兴奋mPFC到RSC的som投射。
行为测试：在情绪识别任务中，观察小鼠对情绪变化过后的同类的识别和反应行为。
钙成像光度记录：使用钙指示剂（GCaMP6f）表达技术记录情绪识别过程中mPFC到RSC的体细胞神经元末端钙离子信号变化。
Vivo光遗传学干预：在自由活动的小鼠中使用光遗传学工具模拟正常情绪识别过程中的神经元活动模式，以验证光遗传学操控模型对情绪识别的影响。
主要实验发现对mPFC到RSC投射的解剖和功能确认：通过逆行追踪和全脑映射确认了约10%的mPFC的som神经元投射到RSC，并在这些投射中观察到主要分布于RSC的浅表层和深层。
mPFC对RSC的som投射在情绪识别中的参与：对这些长距离投射进行操控表明，抑制这些投射增强了小鼠对情绪变化同类的识别，而激活则抑制了这种识别行为。
钙成像记录结果：在情绪识别期间，观察到mPFC到RSC的体细胞神经元末端在短暂的情绪变化识别过程中钙信号的具体波动模式。
循环网络的作用：反馈回路RSC到mPFC的投射在情绪识别中也发挥了重要作用，小鼠模型的功能成像数据支持这一结论。
结果与结论功能差异：mPFC到RSC的som神经元投射与整个mPFC中体细胞神经元的活动在情绪识别中的表现不同：整个mPFC体细胞神经元在识别情绪变化时其活动增多，而其投射到RSC的长程投射却表现为一种减少的特征。
皮质间网络在情绪识别中的作用：整体上，mPFC-som到RSC的抑制性网络对情绪信息处理有显著影响，同时这种连接在影像学数据分析中表现为一种反相关活跃模式，这在情绪识别中特别明显。
临床和应用价值：研究揭示这些皮质间投射和反馈回路在精神病相关情绪识别缺陷中的潜在作用，这为治疗精神分裂症等相关疾病提供了新的视角。
研究亮点首次详尽描述并验证了从mPFC到RSC的体细胞神经元长程抑制性投射，以及其在情绪识别中的重要作用。
通过先进的光遗传学和钙成像技术，以小鼠模型为基础进行了跨物种验证，并结合人类功能成像数据，揭示了皮质间网络在情绪识别中的核心功能。
阐明了特定皮质间回路的作用，并展示出这一回路在处理和响应他人情绪方面的独特功能，这对理解进化保守的社会认知过程具有基本意义和临床意义。
总结这项研究为深入理解进化保守的社会认知过程提供了新的视角。通过揭示mPFC-som到RSC投射在情绪识别中的关键作用，研究不仅实现了基础的科学突破，还为改善社会认知功能的临床治疗提供了新的潜在靶点。此研究强调了保持皮质兴奋性-抑制性平衡在情绪识别中的重要性，为深入研究人类情绪认知提供了坚实基础。