Реакцию бегства от опасности у мышей контролирует неканонический нейронный путь

В момент опасности животные проявляют защитное поведение и гибко переключаются между разными стратегиями. Для выживания необходимо учитывать близость и интенсивность угрозы, а также контекст, в котором происходит столкновение с ней. Двунаправленные проекции между медиальной префронтальной корой (medial prefrontal cortex, mPFC) и базолатеральной миндалиной — часть канонического пути, хорошо изученного в экспериментах по приобретению и выражению выученного страха. На угрозу высокой интенсивности животные чаще реагируют бегством, а не замиранием. Переход от замирания к бегству регулируется отдельными и взаимно ингибирующими нейронными контурами в центральной миндалине (central amygdala, CeA). Неизвестно, осуществляет ли кора нисходящий контроль над этими поведенческими изменениями. Интересно, что mPFC также имеет проекцию в CeA — есть вероятность, что этот путь может влиять на выбор защитных действий. Однако он никогда не был определен нейроанатомически, и его роль в регуляции защитного поведения неизвестна.

Ученые из США описали роль нисходящего пути из области дорсальной ножки префронтальной коры (dorsal peduncular prefrontal cortex, DP) к центральной миндалине в контроле защитного поведения. Этот неканонический кортико-лимбический путь активируется в ситуациях высокой угрозы. Глутаматергические нейроны DP влияют на защитное поведение через проекции в CeM — медиальную часть CeA, которая координирует сложные реакции на угрозы. Результаты своей работы, важные для понимания базовой нейробиологии обработки угроз, ученые опубликовали в журнале Nature.

Специалисты использовали комбинацию нейроанатомического картирования, визуализации кальция in vivo, функциональных манипуляций и электрофизиологии. Чтобы определить, какая область mPFC проецируется в CeA, ученые вводили в CeA флуоресцентные латексные микросферы, которые транспортируются ретроградно. Они наблюдали редкие проекции как из прелимбической, так и из инфралимбической коры. Но набольшее количество проекций в CeA происходило из ядра DP — области mPFC, которую недавно связали с физиологическими и поведенческими реакциями на стресс.

Большинство возбуждающих нейронов коры экспрессируют везикулярный транспортер глутамата 1 (VGLUT1). Однако в DP присутствуют две изоформы этого белка (VGLUT1 и VGLUT2), которые определяют различные популяции проекционных нейронов. Ученые охарактеризовали путь от DP в CeA с помощью Cre-зависимого вектора mCherry, введя его в DP VGLUT1- или VGLUT2-Cre мышей. У обеих линий мышей наибольшая часть mCherry-положительных волокон была расположена в CeM. Следовательно, нейроны DP анатомически расположены так, чтобы влиять на функцию участка миндалины, контролирующего проявления адаптивного поведения.

Затем авторы работы изучили поведенческие реакции мышей в разных условиях. Они использовали два контекста — с низким и высоким уровнем угрозы, — каждый из которых вызывал свою интенсивность защитного поведения у животных. Первый контекст представлял собой прозрачную цилиндрическую камеру с гладким полом, а второй — квадратное ограждение с полом из электрической сети, используемой для подачи переменного тока. Во время пребывания в контексте с низкой угрозой мышам предъявляли четыре повтора последовательного сложного стимула (SCS). Он состоял из десятисекундного звукового сигнала (7,5 кГц) и десятисекундного белого шума (случайное распределение от 1 до 20 000 Гц). В контексте с высокой угрозой мышам предъявляли пять повторов SCS, заканчивающихся односекундным ударом по лапам электрическим током. В контексте высокой угрозы мыши чаще замирали в ответ на звуковой сигнал и чаще реагировали бегством на белый шум. В контексте низкой угрозы у мышей наблюдалось преимущественно замирание. Средняя активность DP-нейронов, проецируемых в CeA, увеличивалась в контексте высокой, но не низкой угрозы.

Оптогенетическими методами авторы работы показали, что ингибирование пути DP-CeA в условиях высокой угрозы значительно снижало уровень бегства, индуцированного белым шумом, но не влияло на защитное поведение в контексте низкой угрозы. Это дополнительно подтверждает контекстно-зависимую функцию данного пути. Стимуляция VGLUT2-положительных терминалей значительно снижала уровень замирания и значительно повышала уровень бегства в обоих контекстах.

Таким образом, ученые описали неканонический нисходящий путь регуляции защитных реакций у животных. Нейроны дорсальной ножки префронтальной коры специфически нацелены на медиальную область центральной миндалины, опосредующую условные реакции на угрозу. Они активируются угрозами высокой интенсивности в зависимости от контекста.




Нейроны миндалины «различают» награды и наказания