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项目名称:哺乳动物控制愤怒情绪与行为的神经环路

项目简介

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愤怒是最基本的情绪之一,尚不明确其如何被大脑编码并触发攻击。我们发现后侧无名质触发攻击的核心环路,并系统解析了其对愤怒情绪的编码,为理解情绪与行为提供了新窗口。

Anger is a basic form of emotion, but how it triggers attacks and how it is encoded in the brain remain unknown. Here, we found that posterior substantia innominata (pSI) is a key brain region for triggering general attacks, and revealed how the anger state was encoded in the pSI neurons. Our research provides a neurobiological understanding of emotion and the related behaviors.

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项目团队

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段树民,浙江大学医药学部主任、教授。2007年增选为中国科学院院士, 2008年被选为发展中国家科学院(TWAS)院士。在重要本能行为调控、神经信号传递及神经元-胶质细胞相互作用研究领域做出了系统的创新工作,在Science、Cell、Nature Cell Biol、Nature Neurosci等杂志发表系列研究论文,被国际同行发表专文正面评述,为脑科学的发展做出了重要贡献。2008年获何梁何利科学与技术进步奖,2010年获国家自然科学二等奖,2017年获国家自然科学二等奖。中国神经科学学会荣誉理事长,国际脑研究组织常务理事,全国政协委员,担任《Neurosci Bull》主编、Neuron顾问委员会委员、《Glia》等重要国际杂志编委等。

虞燕琴,浙江大学医学院教授,博士生导师。中国睡眠研究会睡眠生理与药理专业委员会常委。获得国家自然科学基金面上项目、科技创新2030-“脑科学与类脑研究”重大项目、国家科技部支撑计划、国家重点研发计划、国家高技术研究发展计划(863 计划)、浙江省自然科学基金重点项目等多项国家级与省部级项目支持。主要研究是采用新型研究手段精确调控大脑神经环路,进行睡眠、情绪和情绪相关性疾病的神经环路解析,以探求新型的疾病治疗方法与思路。主要研究成果以通讯或者第一作者发表在Neuron, Current Biology, Elife, Cerebral Cortex, Journal of Neuroscience等国际重要期刊。

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资料图片

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团队照片

 

图1 小鼠后侧无名质细胞在不同社交状态的活动情况

 

图2 小鼠后侧无名质细胞激活可触发十三种类型的攻击行为

 

图3 小鼠后侧无名质细胞的状态随着对手的强大而增强

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科学解读

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(本项目主要研究大脑对于愤怒样行为的编码,取得了系列原创性成果,此处重点介绍有关后侧无名质区域编码及调控愤怒样行为的研究进展。)

达尔文提出:攻击行为乃至愤怒的表情在动物和人类中,可能是进化和保守的,适度的愤怒和攻击能够帮助人类生存。在自然界,攻击行为是动物高度保守的本能行为,属于适者生存法则的核心策略。对动物而言,丰富的攻击行为是极其重要的生存技能;而对于人类来说,我们不仅保留了表现形式多样的攻击本能,攻击的表达也是常常伴随愤怒情感的迸发。但一旦失控,则可能产生不受控制的愤怒和病态攻击,这将给社会和他人带来巨大危害。那么大脑是如何管理愤怒情绪,并精确调控攻击行为呢?

战斗前的“冲锋号”来自哪里?

首先想知道,脑内哪些脑区在攻击行为中发挥着作用。研究人员通过细胞活性标识探针染色观察到,攻击行为之后,后侧无名质(pSI)这个脑区被高度激活,被激活的pSI神经元数量远远高于周围的临近的区域。无名质是一个什么样的脑区呢?它纵贯人类大脑前后的脑区,其后半部分属于杏仁核延伸区的一部分,该区域很长一段时间里都被大家忽视。但在小鼠中,它比外侧下丘脑有更大的体积,比中央杏仁核有更多的细胞数量。后侧无名质是无名质脑区靠近尾端的部分。

研究人员对无名质进行细胞活动的记录,发现两只小鼠在碰面并打斗后,无名质会变得异常活跃,类似于动员和调用“大脑中的武装力量”,甚至战斗前就响起了“冲锋号”,提示着接下来将会发起攻击行为。即使处于攻击前的“闻香识鼠”鉴别同类雄性的阶段,pSI神经元就已经嗅到了一丝不安,开始增强自身的活性,为一触即发的大战做好准备。

一束光 - ‘朋友’变‘敌人’

通过光遗传激活特定部分(如投向中脑导水管灰质,一个负责攻击动作的区域)pSI细胞后,不仅能让被操控的小鼠由安静平和,瞬间切换为对同伴发动攻击的“战斗状态”。

更有意思的是,光遗传学激活后侧无名质后,小鼠还会有“怒目圆睁”、呼吸加快、心率增加、身体颤抖等反应愤怒情绪的生理变化;且在多达十三种不同的情境中,无论面临强敌,还是对手改变,或是不同性别等情景,被激活后侧无名质的小鼠都吹响了“冲锋号”,以“战斗模式”在给光的瞬间攻击对手。
 

揭开“愤怒情绪”的神秘面纱

从生理学的角度看,挑衅可唤起人类的愤怒情绪,甚至诱发暴力。研究团队发现小鼠也是如此,多种威胁刺激都会提高小鼠攻击的概率:越强的威胁刺激,引发攻击也越强。通过钙信号记录,研究团队发现后侧无名质神经元编码了不同强度的威胁刺激,结合不同程度的威胁与愤怒的相关性,提示我们或许可从后侧无名质的兴奋程度来感知“愤怒”的大小。

‘化敌为友’

过度的攻击或愤怒具有很大的危害,如何控制不合时宜的攻击行为? 研究团队对pSI进行光遗传抑制后,本身暴躁爱打架的小鼠则立马变得温和,不再发生攻击,但丝毫不影响其它社交活动(如交配行为)及正常运动。

综上,这项研究聚焦于小鼠大脑杏仁核延伸区域——后侧无名质,揭示其对多种攻击行为的梯度式编码方式,激活后侧无名质则类似于调用了“大脑中的武器库”,可触发情绪性攻击,并介导多种类型攻击行为的表达。这一新发现有助于揭示暴力行为的发生机制,为加快揭开‘愤怒情绪’的神秘面纱,及未来防治暴怒症提供可能的神经生物学基础。

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