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视觉刺激诱发本能防御行为的神经环路机制

批准号:
31930047
项目类别:
重点项目
资助金额:
305.0 万元
负责人:
王立平
学科分类:
神经科学与心理学
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
王立平

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
目标:解析上丘处理诱发视觉本能恐惧反应的神经环路机制。项目以小鼠为研究对象,采用光遗传学、神经环路示踪和快速成像、在体清醒膜片钳、在体多脑区光调控电生理、在体移动双光子成像、小动物眼动跟踪与行为学等手段,基于我们前期发现小鼠对特定参数范围内的阴影逼近刺激产生本能防御反应,研究:1)威胁视觉刺激的关键特征参数及诱发的本能防御行为特征;2)上丘不同亚型神经元对危险视觉刺激特征参数的反应模式以及不同亚型神经元的输入、输出图谱的结构和功能特征;3)上丘调控皮层感知加工和注意活动的神经环路机制。将阐明:1)上丘处理诱发视觉本能恐惧反应的神经环路机制;2)视觉诱发的本能防御反应如何经由上丘实现对皮层的调控,进而调控注意与认知。此研究将帮助我们加深理解:大脑“生存环路”基本的结构和功能特征;大脑对于本能恐惧的响应从皮层下到皮层的传播特征;大脑对危险的感知从意识下到意识层面的转变,具有重要的科学意义。
英文摘要
The Goal of project.To illustrate the mechanism of neural circuitry in superior colliculus (SC) processing visual stimulation evoked innate defensive behaviour. The project will use mouse as the model and plan to study 1) key parameters for threatening visual stimulation and characteristics of each evoked innate defensive behaviour, 2) the reaction mode of different subtypes of cells in responding to each specified threatening visual stimulation, and the functional and structural characteristics of input-output circuitry mapping in the visual activated innate defensive circuitry of SC, 3)the neural circuitry mechanism of colliculi modulation of attention and sensory perception-cognition on neocortex, with cutting-edge technologies of optogenetics, neural circuitry tracing, high-speed imaging, in vivo patch clamp recording, in vivo multi-regions opto-electrophysiology, in vivo mobile two photon imaging, eye moment tracking for small animals, et al. Our studies will illustrate 1) the mechanism of neural circuitry in SC processing visual stimulation evoked innate defensive responses. 2) the strategy applied to modulate the visual stimulation evoked innate defensive responses in the neural circuitry of SC relayed to neocortex, which will modulate attention and perception in the neocortex. This study will promote our appreciation to fundamental features of wiring and function of survival circuitry in the brain, and of the relay of innate fear responses from subcortical nuclei to neocortex, and the transformation of subconsciousness to consciousness in the perception of emergent threatening, all of which highlight these neural rules in the general interests of life science.
对比计划书,本项目的研究目标已全面达成,通过研究取得了一些列具有创新性的研究成果。1)研发了高精度动物三维行为分析系统 Behavior Atlas,发现了小鼠焦虑样行为的新特征、两性小鼠应对威胁策略的差异、系统评估抑郁样行为,完成了对诱发本能防御反应视觉刺激关键特征参数及精细化行为特征的研究;2)绘制了视网膜、上丘相关神经环路的细胞类型和结构图谱,揭示了上丘多巴胺等调节机制及不同神经元在防御行为中的作用,发现视觉本能防御反应的形成存在发育时间窗口,小鼠能够通过学习优化逃跑行为;3)本能防御行为神经机制新突破。揭示了快速眼动睡眠参与本能恐惧反应的神经机制,首次阐明了摄食全过程的序列性神经调控机制,首次验证 BLA 星形胶质细胞是调控精神障碍下异常风险决策行为的关键,深入综述了防御行为的神经环路以及外周系统对防御行为的调节;4)揭示了视觉本能防御行为的神经环路及其与脑-器官相互作用的多种机制,包括焦虑压力应激下的骨质疏松、血糖升高、视觉天敌应激、性别二态性肾-脑连接、抑郁症加剧慢性胰腺炎疼痛、中枢外周信息交流机制,以及脑-器官相互作用在整体内稳态中的基本作用。这些结果将:1)为动物行为学研究提供了高精度的分析工具,有助于更深入地理解动物行为的神经基础;2)为理解视觉本能恐惧反应的神经环路机制提供了重要依据,有助于揭示大脑如何处理视觉威胁信息并产生相应的防御行为;3)为理解本能防御行为的神经调控机制提供了新的见解,特别是在快速眼动睡眠、摄食行为和精神障碍下的风险决策行为方面;4)为理解脑-器官相互作用在整体内稳态中的基本作用提供了新的机制,丰富了本能防御行为的神经科学理论,也为相关疾病的预防和治疗提供了新的思路和方法。研究成果在本领域国际国内著名期刊Nature reviews Neuroscience、Neuron 、Nature Communications 、The Journal of Clinical Investigation、Cell Reports、Translational psychiatry、Neuroscience Bulletin等杂志上发表论文30篇,编写1篇专著,具有应用前景技术成果申请国家专利19项,其中PCT4项。
本能恐惧反应个体差异特征与睡眠调控的神经环路和分子机制
处理本能恐惧的皮层下神经环路结构与功能解析
光遗传技术在情感和记忆神经回路调控研究中的应用
精神分裂症异常神经回路调控与干预机理
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