李浩洪/沈伟课题组再度合作Nature Communications发文发现本能行为的编码规律

2021-11-12 教育部脑与脑机融合前沿科学中心 浏览量 :   35



20211111日,《Nature Communications》(《自然·通讯》)在线发表了双脑中心李浩洪课题组与上海科技大学沈伟课题组合作研究成果:Periaqueductal Gray Neurons Encode the Sequential Motor Program in Hunting Behavior of Mice。研究团队首次阐明了导水管周围灰质(Lateral periaqueductal gray, LPAG)神经元群集以模块化的方式编码动物捕食的过程。该研究发现,LPAG神经元形成多个控制捕食动作的电活动群集,捕食指令在这些群集中连续传递,输出捕食行为的动作序列。这种编码方式的优点在于既确保动作输出的精确性和稳定性,又保证了动物应对外部环境变化的灵活性,从而提高动物捕食成功率。

神经元序列编码的方式对行为的产生至关重要。以往的研究发现在学习记忆和决策过程中,海马和运动皮层神经元以序列放电的活动模式规划目标路径和形成目标导向动作。但在本能行为中,例如捕食,是否也采用类似的编码机制,仍待进一步确定。该研究采用在体多通道记录、光电极记录和光遗传学操纵等技术阐明具体神经机制。多通道记录实验表明LPAG中的六个神经元集群以严密的时间顺序分别编码捕食的搜寻、追踪和攻击阶段。光电极记录和光遗传抑制实验表明,LPAGVgat神经元集群分别控制捕食的搜寻、追逐和攻击阶段,而LPAGVglut2神经元集群调控捕食的攻击阶段。



LPAG编码捕食行为的运动序列的示意图



以往的研究表明PAG的多个上游脑区与捕食行为相关。随后,该研究使用环路特异性的细胞凋亡结合多通道记录的技术,分析LPAG的神经元集群如何处理不同来源的神经信号输入。该研究发现阻断来自中央杏仁核(Central amygdala, CeA)、外侧下丘脑(Lateral hypothalamus, LH)和未定带(Zonaincerta, ZI)的GABA能输入,分别影响不同LPAG神经元集群的活性,破坏神经元发放的时序性,最终影响捕食行为。总而言之,该研究揭示LPAG神经元集群编码捕食的动作序列的机制,提供了一个解码复杂本能行为的样例。

      于红博士、向心宽博士和陈宗明博士为该文的共同第一作者,李浩洪教授和沈伟教授为共同通讯作者。

该研究得到了国家重点研发计划(2019YFA0801900),基金委面上项目(31671105, 91857104, 1771169),基金委重大项目(61890953),武汉光电国家研究中心创新项目,创新科研项目(61721092),医学科学院医学创新基金(2019-I2M-5-057)和深港脑科学项目(NYKFKT20190017)的大力支持。

 

文章链接

https://www.nature.com/articles/s41467-021-26852-1


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