上海生科院揭示动物防御行为的神经机制

　　7月20日，中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所王佐仁研究组在《神经科学杂志》发表了题为《导水管周围灰质神经活动在不同类型的防御行为中的作用》的研究论文。该研究报道了中脑导水管周围灰质脑区periaqueductal gray (PAG)参与动物防御行为的神经机制。

　　防御行为，比如逃跑、僵直、危险探测等，对动物的生存非常重要。当遭遇危险时，动物会根据所处的情境做出适当的防御反应从而提高自己存活的机会。以前的研究发现中脑的PAG参与控制防御行为，但是PAG神经元在积极防御行为中的神经活动并没有被研究过，其在不同方面的防御行为中的具体作用仍不明确。

　　为研究这一问题，王佐仁研究组首先应用光遗传的手段激活小鼠中表达有感光蛋白的PAG神经元，发现光刺激可以诱导小鼠产生跑、僵直、躲避等行为，这些行为与动物在面临威胁时产生的防御行为相似。接着，研究人员利用在体多通道电极记录技术记录了小鼠展现出防御行为（暴露给大鼠）时PAG群体神经元的活动。研究发现PAG中存在两群神经元分别参与编码防御行为的两个方面：探测危险（risk assessment，危险检测方面）与逃跑（flight，危险反应方面）。

　　进一步的分析发现了之前未被发现的PAG神经元编码防御行为的反应特性。对于与危险探测相关的神经元，其神经活动在小鼠更靠近大鼠时为高。对于与逃跑相关的神经元，它们的神经活动与小鼠在逃跑时的实时速度没有显著的相关性，但一部分逃跑细胞的平均放电频率与小鼠逃跑时期的最大逃跑速度有正相关，这说明逃跑细胞的神经活动与单纯的运动无关。这些结果为研究防御行为的神经编码机制提供了新的思路。

　　该课题由博士生邓菡菲、肖雄在研究员王佐仁的指导下合作完成。课题得到了中科院战略先导（B）项目的资助。

图A：左为一个代表性的“逃跑神经元”的神经活动；右为所有逃跑神经元归一化后的平均神经活动。神经元活动以逃跑的起始点对齐，蓝色阴影标注的是小鼠逃跑的时期，橙色阴影则为危险探测时期。图B：左为一个代表性的“危险探测神经元”的神经活动；右为所有危险探测神经元归一化后的平均神经活动。