2022年9月21日，欧洲杯竞猜平台基础欧洲杯竞猜平台、国家儿童医学中心（上海）儿童脑科学中心徐天乐教授团队、张思宇研究员团队，与复旦大学脑科学转化研究院李伟广研究员等合作在《自然》子刊Nature Communications在线发表题为“Insular cortical circuits as an executive gateway to decipher threat or extinction memory via distinct subcortical pathways”的研究论文。该研究综合借助神经科学前沿技术手段，针对威胁性恐惧记忆和安全性消退记忆协调、平衡表达的神经机制，在大脑岛叶皮层发现了分别负责表征与恐惧记忆相关的负性情绪以及与消退记忆相关的正性情绪神经元集群，并阐释了两种情绪记忆神经元集群在“皮层间-皮层内-皮层下”等不同层面的神经环路组织规律，为理解负性情绪和正性情绪之间的相互作用与动态转换、提升对情绪记忆复杂性本质的认识提供了重要的理论依据。
情绪情感活灵活现、多式多样，是美好生活必不可少的组成部分，更是人类和动物趋利避害、生存繁衍和社会交往的重要保障。情绪有好坏之分，好情绪促进人类健康生活和生存发展，坏情绪则与多种脑重大疾病密切相关。大脑对好坏情绪的识别、加工及其不同情绪转换的神经机制是脑科学领域最迷人的研究方向之一。徐天乐团队等过去研究克服传统的情绪研究范式存在主观、低效等局限性，创建了表征好-坏情绪转换以及感觉-情绪互作的研究范式，解析了好坏情绪动态演化的神经元集群互作机制（Neuron, 2019）。另一方面，针对恐惧情感障碍的难治性和复发性，徐天乐团队揭示了恐惧记忆消退后重现的关键神经机制（Natl Sci Rev, 2021），还阐明了恐惧消退形成新记忆的动态印迹网络机制，刻画了消退记忆印迹神经连接强度的动态变化规律（Mol Psychiatry, 2022），为理解情感障碍治疗的脆弱性特征提供了神经生物学证据。
在最新的研究中，徐天乐团队等聚焦与恐惧记忆相关的负性情绪以及与消退记忆相关的正性情绪，围绕多模态感觉整合中枢——岛叶皮层，致力于解析两种相反情绪加工的神经元集群，并进一步阐释跨脑区神经元集群建构情绪记忆神经环路的组织原则。
1. 证明恐惧消退形成新记忆
研究人员利用神经活性捕捉标记结合神经环路投射示踪手段，发现恐惧记忆和消退记忆都在岛叶皮层（insular cortex, IC）进行存储；恐惧记忆神经元集群优先投射至中央杏仁核（central amygdala, CeA）脑区，而消退记忆神经元集群则主要投射至伏隔核（Nucleus accumbens, NAc）脑区；两群IC投射神经元在解剖上互不重叠。
2. 发现岛叶皮层新功能
研究人员借助光遗传学和在体光纤记录技术，发现IC-CeA投射神经元存储和表达恐惧记忆，编码负性情绪；IC-NAc投射神经元存储和表达消退记忆，编码正性情绪。
在内在生理属性方面，研究人员发现负责编码恐惧情绪的IC-CeA投射神经元基础状态下兴奋性更高，为理解恐惧记忆相关负性情绪的牢固性提供了支持证据。更有意思的是，IC-CeA和IC-NAc投射神经元集群之间还存在记忆行为依赖的交互抑制，构成为机体切换正负情绪的环路机制。
3. 鉴定正负情绪一键转换新靶标
研究人员借助逆向跨单突触示踪技术，在全脑范围内追踪了两群IC投射神经元集群的上一级神经元，发现负责高级认知功能的额叶皮层（如眶额皮层，orbitofrontal cortex, OFC）对IC消退记忆神经元集群进行自上而下的偏向性控制，从而选择性地驱动特定记忆的表达。
总之，该研究鉴定了IC内部分别负责正性和负性情绪的神经元集群，建立了皮层内部相反情绪记忆神经元集群依赖于不同皮层下途径且同时受到额叶皮层“自上而下”控制的多级环路协同控制的组织规则，为理解情绪动态转化的神经环路计算原理提供了全新的认识。
插图：恐惧和消退记忆分布式存储的“皮层间-皮层内-皮层下”环路组织规律。
欧洲杯竞猜平台基础欧洲杯竞猜平台博士后王琪和致远学院生物医学科学专业本科生朱佳杰为该论文的共同第一作者。复旦大学脑科学转化研究院李伟广研究员和欧洲杯竞猜平台基础欧洲杯竞猜平台张思宇研究员以及徐天乐教授为该论文的共同通讯作者。
该研究得到了科技创新2030 —“脑科学与类脑研究”重大项目、国家自然科学基金、上海市级科技重大专项、上海市科委重点项目、上海市教委创新团队、上海市优秀学术带头人计划、欧洲杯竞猜平台基础欧洲杯竞猜平台基础医学前沿研究中心原创探索类青年支持项目等项目的支持。该研究还得到了加拿大多伦多大学王路阳院士、美国德克萨斯大学休斯顿健康科学中心朱曦教授、欧洲杯竞猜平台基础欧洲杯竞猜平台徐楠杰研究员等的合作支持。
论文链接
https://doi.org/10.1038/s41467-022-33241-9
