加州大学洛杉矶分校（UCLA）的研究人员最近进行了一项研究，旨在更好地理解大脑发育过程中神经连接的逐渐加强如何影响小鼠的威胁反应变化。他们的研究结果发表在《自然神经科学》杂志上，揭示了在大脑发育过程中，关键的转变改变了内侧前额叶皮层（mPFC）与伏隔核（NAc）和基底外侧杏仁核（BLA）这两个参与威胁和情绪学习的大脑区域之间的相互作用。
“我们的研究始于我们注意到对边缘系统——大脑的情绪中心——中的神经回路发育的理解存在一个关键空白，”该论文的资深作者Laura DeNardo告诉Medical Xpress。“这些系统的功能障碍会导致焦虑、情绪和物质使用障碍，这些问题通常在青春期出现。”
过去的心理学研究一致表明，儿童时期的不良经历，如慢性压力或创伤事件，会增加各种心理健康障碍的风险，包括物质使用、焦虑和情绪障碍。然而，大多数探讨早期生活逆境对这些障碍的贡献的研究都是在成人中进行的。
“因此，早期逆境与青少年和成人的心理健康之间的神经发育联系尚未得到充分理解，特别是在突触、细胞和回路层面，”DeNardo说。“为了了解像早期生活压力这样的风险因素如何影响心理健康，我们需要对塑造边缘系统成熟的发育序列有一个基本的了解。”
作为他们最近研究的一部分，DeNardo及其同事使用多种实验技术研究了小鼠发育中的大脑。首先，他们创建了一个新的行为测试，旨在模拟青少年小鼠的高风险行为。
“在这个测试中，小鼠学会了通过踏上安全平台来避免有信号的威胁，”DeNardo解释说。“我们发现，幼年和青少年小鼠的威胁回避水平都低于成年小鼠，这与在人类中观察到的情况一致。”
研究人员随后使用病毒表达技术将分子递送到小鼠的大脑中。这些分子使他们能够在动物完成行为任务时跟踪和操纵其神经活动。他们采用了一种称为光纤光度法的技术，该技术允许神经科学家监测活体动物大脑中神经元的活动。具体来说，他们测量了三个主要大脑区域的活动，这些区域已知与情绪调节和恐惧学习有关，即PFC、NAc和BLA。
“我们发现，在mPFC中，预测即将发生的威胁的线索以及安全位置在成年小鼠中编码得更强烈，”DeNardo说。“相比之下，NAc和BLA中的行为相关活动模式在不同年龄组之间更为相似，这表明这些区域发育得更快。然后，我们使用光遗传学在威胁预测线索呈现期间精确操纵自上而下的mPFC通路的活动。”
通过使用光遗传学工具上下调节这些mPFC通路中神经元的活动，研究人员观察到了特定通路活动与不同年龄组动物的回避行为之间的独特关系。此外，他们试图更好地理解mPFC通路在每个发育阶段如何与NAc和BLA中的特定细胞类型相互作用，结合光遗传学工具和即时早期基因染色（即标记最近活跃的神经元的方法）。
“流行的青少年大脑发育模型认为，弱化的前额叶对NAc和BLA的控制导致年轻个体表现出更高的风险行为，”DeNardo说。“然后，自上而下控制的逐步加强最终使成年行为模式得以出现。”
“通过以突触和细胞精度检查mPFC自上而下通路的发育，并直接比较mPFC-NAc和mPFC-BLA通路的发育时机，我们发现虽然突触在发育过程中逐渐增强，但某些变化是突然的而不是渐进的。”
DeNardo及其同事收集的发现表明，即使突触在小鼠发育过程中逐渐变得更强，它们也可以经历突然的变化。例如，他们发现，虽然mPFC-NAc突触逐渐增强，但mPFC-BLA突触的强度保持稳定，这条通路仅在成年期才发生变化。
“此外，mPFC通路在幼年、青少年和成年阶段优先连接NAc和BLA中的不同行为相关细胞类型，”DeNardo说。“因此，mPFC通路在每个年龄组具有不同的行为功能。因此，我们发现两个通路的突触成熟的不同时间线塑造了行为库，使个体能够最佳地适应年龄特定的挑战。”
这项最新研究揭示了贯穿发育过程中的回避行为学习背后的复杂神经过程。未来，这些研究可能会为进一步研究不利生活经历对情感学习相关神经通路的影响铺平道路。
“我们目前正在开展一项新的研究，调查早期生活压力如何影响mPFC-BLA通路的发育，并影响青少年的威胁回避行为，”DeNardo补充道。
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