Пластичность динамики нейронов в латеральной хабенуле для сигнала

Молекулярная психиатрия (2023 г.) Цитировать эту статью

2593 Доступа

35 Альтметрика

Подробности о метриках

Способность мозга связывать угрозы с внешними раздражителями жизненно важна для выполнения важных действий, включая избегание. Нарушение этого процесса вместо этого способствует появлению патологических черт, общих для аддикции и депрессии. Однако механизмы и нейронная динамика при одноклеточном разрешении, лежащие в основе кодирования ассоциативного обучения, остаются неуловимыми. Здесь, используя задачу распознавания Павлова на мышах, мы исследуем, как популяции нейронов в латеральном хабенуле (LHb), подкорковом ядре, возбуждение которого лежит в основе негативного аффекта, кодируют связь между условными стимулами и наказанием (безусловным стимулом). Записи отдельных единиц большой популяции в LHb выявляют как возбуждающие, так и тормозящие реакции на аверсивные стимулы. Кроме того, локальное оптическое торможение предотвращает формирование распознавания сигналов во время ассоциативного обучения, демонстрируя критическую роль активности LHb в этом процессе. Соответственно, продольная двухфотонная визуализация in vivo, отслеживающая динамику кальциевых нейронов LHb во время кондиционирования, выявляет сдвиг вверх или вниз в ответах отдельных нейронов, вызванных CS. В то время как записи в острых срезах указывают на усиление синаптического возбуждения после кондиционирования, алгоритмы машины опорных векторов предполагают, что постсинаптическая динамика сигналов, прогнозирующих наказание, представляет собой распознавание поведенческих сигналов. Чтобы изучить пресинаптическую передачу сигналов в LHb, участвующую в обучении, мы отслеживали динамику нейротрансмиттеров с помощью генетически закодированных индикаторов у поведенческих мышей. Хотя высвобождение глутамата, ГАМК и серотонина в LHb остается стабильным во время ассоциативного обучения, мы наблюдаем усиление передачи сигналов ацетилхолина, развивающееся во время кондиционирования. Таким образом, конвергенция пресинаптических и постсинаптических механизмов в LHb лежит в основе трансформации нейтральных сигналов в значимые сигналы, поддерживающие распознавание сигналов во время обучения.

Павловское обусловливание представляет собой отслеживаемую во времени функцию мозга, при которой сенсорные сигналы связаны со стимулами, позволяющими людям предвидеть предстоящие угрозы и награды. Этот процесс лежит в основе сложных поведенческих реакций, включая защитные реакции, такие как замирание или избегание [1,2,3,4]. Во время павловского кондиционирования сенсорный сигнал, условный стимул (CS+), связан с безусловным стимулом (US), например, воздушной затяжкой, направленной в глаз [4]. При повторном воздействии только CS+ вызывается моргание при прогнозировании последующего выдоха, что свидетельствует об ассоциативном обучении и установлении упреждающего поведения [1, 4, 5].

В предыдущей работе были обнаружены нейроны латеральной хабенулы (LHb) с усиленной синаптической передачей глутамата после обучения наряду с CS-опосредованным фазовым возбуждением LHb [6, 7]. Примечательно, что это опосредованное сигналом-предсказанием наказания возбуждение нейронов LHb сохраняется у разных видов, поскольку оно присутствует у людей, приматов, грызунов и рыб [5, 8,9,10]. LHb получает негативную информацию из подкорковой сети, включая ядра гипоталамуса, лимбической системы и базальных ганглиев [11]. Нейронная активность в LHb представляет собой наказания и негативные аффективные состояния как в субсекундном, так и в более медленном масштабе времени [12]. В то время как нейроны LHb поэтапно повышают свою активность в ответ на наказания, в условиях повышенного стресса возникают стойкие синаптические адаптации и усиление активности нейронов [5, 13,14,15,16,17]. В целом эти наблюдения подтверждают причинно-следственную связь между возбуждением LHb и кодированием отрицательной валентности и аффекта [12]. Однако недавние достижения указывают на степень разнообразия LHb, основанную как на молекулярных, так и на функциональных особенностях [18,19,20,21]. Это предполагает, что возбуждение всех клеток LHb, по-видимому, не является единственным механизмом, поддерживающим ассоциативное обучение сигнал-наказание. Независимые и дифференциально адаптивные популяции нейронов позволяют обучаться и сохранять память [22], однако применимо ли это к хабенуле и посредством каких механизмов остается неизвестным.