在觉醒状态下，哺乳动物才能响应外界环境刺激，做出相适应性行为变化。动机行为的发生依赖于一般性觉醒状态和特定类型的觉醒状态，其中前者是绝大多数动机行为发生的基础，而后者主要与特定动机行为发生密切相关。抑郁症等神经精神疾病中同时存在睡眠觉醒状态紊乱和响应内部需求和外部线索的异常动机行为。听觉丘脑主要由听觉丘脑的内侧部（ATm）与初级听觉丘脑区-内侧膝状体腹侧部（MGBv）和非初级听觉丘脑区-内侧膝状体背侧部（ MGBd）三个核团组成，其中ATm可调控一般性觉醒状态和特异性觉醒状态，该脑区投射到颞叶联合皮层区（TeA）、腹内侧下丘脑(VMH)、纹状体尾部(TS)。2023年8月8日清华大学医学院生物医学工程系苑克鑫和洪波课题组在Neuron杂志上发表文章揭示了ATm脑区在调控一般性觉醒和防御性觉醒状态中发挥关键作用。
为证实听觉丘脑神经元活性与睡眠-觉醒周期的关系，研究人员通过光纤钙成像技术记录发现在觉醒期小鼠ATm和MGBv脑区兴奋性神经元活性显著高于非快速眼动睡眠和快速眼动睡眠期。化学抑制ATm脑区兴奋性神经元后小鼠觉醒状态持续时间减少，非快速眼动睡眠时间增加。
图1：在觉醒期小鼠ATm脑区兴奋性神经元活性显著增加
低振幅、高频(低δ功率)脑电图波可表明大脑处于觉醒(BA)状态，声音或蓝光刺激可诱发BA。研究人员发现ATm脑区兴奋性神经元活性持续、稳定的增强与声音刺激诱发的BA密切相关，但MGBv脑区活性并不与这种感觉刺激诱发的BA存在关联。在非快速眼动睡眠期光激活ATm脑区兴奋性神经元可迅速引起强劲BA状态，而抑制ATm脑区兴奋性神经元后声音或蓝光刺激很难诱发BA。另一方面，光激活MGBv脑区神经元并不引起BA状态，表明ATm脑区兴奋性神经元与大脑觉醒状态密切相关。
图2：ATm脑区兴奋性神经元活性与声音刺激诱发的BA密切相关
为进一步寻找调控感觉刺激诱发大脑觉醒状态的ATm下游脑区，研究人员通过光遗传学技术发现：在黑暗周期，抑制ATm-TeA环路显著降低觉醒时间，增加非快速眼动睡眠时间，并能够抑制声音或蓝光刺激诱发的BA状态。在抑制ATm-TS环路后能够有效阻碍声音刺激诱发的BA，蓝光刺激仍可诱发BA；与之相反的是，抑制ATm-VMH环路能够有效阻碍蓝光刺激诱发的BA，声音刺激仍可诱发BA，表明不同神经投射存在调控不同感觉刺激诱发的BA的差异性。
考虑到VMH和 TS脑区在调控防御性行为中发挥关键作用，研究人员推测ATm脑区神经元活性升高诱发的大脑觉醒状态可能是一种本能防御行为。为证实这种可能性，他们发现在光激活ATm脑区神经元后小鼠瞳孔放大，进入旷场实验的中心区域的时间和次数均减少，躲避行为增多，这种抗焦虑样作用也出现在高架十字迷宫实验中。
图3：光激活ATm脑区神经元引起防御性觉醒状态
本文发现在睡眠状态下ATm脑区兴奋性神经元活性增强对于觉醒是必要的，在清醒状态下，ATm脑区兴奋性神经元活性增强促进防御性觉醒状态。【参考文献】
https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.07.007
文章中图片均来自于参考文献
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