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共情研究新突破,传递疼痛和恐惧的两条特异性神经环路

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脑科学世界 2021-01-26 09:20

小鼠的疼痛和恐惧都可以通过短暂的社会接触转移到旁观者身上。观察者动物中称为前扣带回皮层(anterior cingulate cortex ,ACC)的大脑区域神经元介导了这一社会转移活动。但是,参与这种共情相关行为的ACC特异性投射路径仍是未知的。

2021年1月8日,斯坦福大学神经科学和行为学系Monique L. Smith等揭示了动物共情行为神经机制,即小鼠在社交过程中通过不同的神经环路传递疼痛和恐惧。研究发现从前扣带回皮层到伏隔核的投射对于小鼠疼痛的社会转移至关重要,恐惧则是由前扣带回皮层到基底外侧杏仁核的投射介导的。有趣的是,在有疼痛的动物中,镇痛也可以通过社交方式转移。

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共情(empathy)指接受和感受他人的感觉和情感状态,在社会互动中起着至关重要的作用。尽管在历史上,共情曾经被认为是一种仅在人类中存在的高级情感认知过程,但现在人们逐渐认识到,包括啮齿动物在内的许多物种都表现出进化上保守的共情行为,例如观察性恐惧。因此,探究调节物种共情行为表现的神经机制,可能对于现代神经科学方法的应用具有很多益处。

在人类和啮齿动物中,前扣带皮层似乎能够用于编码关于他人情感状态的信息。然而,很少有人知道ACC的哪些下游靶点参与了共情相关行为的加工。为了解决这个问题,本研究通过优化小鼠疼痛行为的社会传递研究方案,比较了负责该行为的ACC-依赖神经环路与两种相关的行为状态(即镇痛和恐惧)的社会传递所需的ACC神经环路。这些行为是共情的一个关键组成部分,即接受他人的感觉和情感状态。

主要结果

截然不同的ACC神经环路介导了疼痛状态和恐惧的社会性传递

观察者(bystander )小鼠和经历炎性疼痛(CFA pain)的同笼小鼠之间进行了为期1小时的社会互动,导致观察者小鼠出现了持续约4- 24小时的机械性痛觉过敏。这种疼痛的社会转移在热刺激测试后也很明显,即使由同种动物出现相应的情感变化。

ACC→NAc的投射可以双向控制疼痛的社会转移

社交行为可以导致ACC和几个下游靶点的神经元激活,包括伏隔核(NAc)。从ACC到NAc输入的双向操控可以影响疼痛的社会转移,但不影响用于测定疼痛阈值的机械敏感性。

不同的ACC投射控制疼痛和恐惧的社会转移

镇痛也存在快速的社会转移,这也需要ACC-NAc的输入性活动。相比之下,恐惧的社会转移不需要ACC-NAc的输入,而是需要ACC到基底外侧杏仁核(BLA)的输入性活动。行为学研究显示,观察者与经历疼痛和吗啡镇痛的同伴互动后,也能出现疼痛缓解现象。疼痛和镇痛的社会转移都需要从ACC到NAc的投射,而恐惧的社会转移则只需要ACC至BLA的投射。

结论

本研究证明,不管信息的价值如何(即疼痛、恐惧或疼痛缓解),小鼠都会迅速感受到伙伴的感觉和情感状态。研究发现,ACC可以通过不同的下游靶点产生特定和适当的共情行为反应。具体而言,疼痛和镇痛的社会转移需要ACC-NAc的输入活动,但恐惧的社会转移则需要ACC-BLA的输入活动。

阐明动物模型中调节共情的特异性环路机制,有助于使用非侵入性技术针对人类受试者开展相关研究。对共情大脑机制的更精细理解也将加速与神经精神障碍相关的共情缺陷的新疗法的开发。

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