《自然》：杏仁核还有两幅面孔！研究发现中央杏仁核具备区分消极和积极刺激的能力，并在奖励性学习过程中发挥重要作用

在大脑颞叶的深处，有一个叫杏仁核的地方，是我们处理感觉信息和调度情绪的关键枢纽，它的亚区—中央杏仁核（CeA）则像一个负责传输情绪和信息的“数据线”。

既往人们认为杏仁核只处理与恐惧相关的负面情绪，但是近年来有不少研究显示，杏仁核也可以处理正向的事情，比如当动物口渴时，喝到水就会产生类似奖励的积极刺激，而动物的这些行为可能受CeA驱动，但CeA是如区分积极和消极刺激的，以及它又是如何影响动物行为的，目前还不清楚。

近期，美国冷泉港实验室李波/杨涛团队在《自然》上发表了一篇文章，发现CeA中生长抑素阳性（Sst+）神经元具有不同的亚群，可以区分以奖励为主导的积极刺激和以恐惧/惩罚为主导的消极刺激，并针对不同的刺激做出不同的反应，这些反应有助于学习、形成相应的记忆[1]。

此外，研究团队还发现Sst+CeA神经元与多巴胺能神经元存在联系，可通过调控黑质致密部（SNc）多巴胺能神经元的活动，参与奖励性学习和记忆的形成。杨涛和余凯为本文共同的第一作者。

论文首页截图

关于CeA为什么能区分积极刺激和消极刺激，研究人员猜想CeA可能拥有多个神经元亚群，每个亚群功能不同，可以选择性地对不同刺激进行反应。为了验证这个猜想，研究人员打算对CeA中的Sst神经元进行研究，Sst约占CeA的50%，属于抑制性投射神经元，同时也是CeA中最大的基因标记神经元。

为了更好地观察Sst+CeA神经元对不同刺激做出的反应，研究人员在SstCre小鼠CeA中注射了表达GCaMP6（钙指示剂）的腺病毒，再植入梯度折射率透镜（GRIN Lens），对神经元进行钙离子信号成像。

在成像过程中，研究人员让小鼠分别接触到水、蔗糖溶液（甜水）、苦水、食物、电击等不同刺激，然后对神经元的反应进行分析。结果发现，Sst+CeA神经元的确存在不同的亚群，有的亚群对水和甜水这样奖励性刺激反应更强，有的亚群则对苦水和电击这样的惩罚性刺激反应更强，这说明Sst+CeA神经元可以对多种刺激做出反应，甚至对不同的刺激有着不同的偏好，且这种偏好会随着刺激强度的增加而增强。

Sst+CeA神经元对不同的刺激的反应

到这里，研究人员有点好奇，Sst+CeA神经元对这些刺激的反应会不会受到外界条件的干扰呢？

这时研究人员想到了巴普洛夫的狗，一个经典的条件反射实验。正常情况下，动物是可以通过学习来预测接下来发生的事情，精准预测可以帮助动物趋利避害。在本研究中，研究人员引入了巴普洛夫条件学习，以水和电击这种能引起小鼠情绪变化的刺激作为非条件刺激（US），再用特定的声音作为条件性刺激（CS），然后通过训练将两者联系起来。

在实验中，研究人员先让小鼠听到一个声音（CS1），然后就可以喝到水（US1），这代表一种奖励性刺激。然后让小鼠再听到一个声音（CS2），接下来就会受到电击（US2），这代表一种惩罚性刺激。经过多次重复实验，小鼠已经学会对这些声音做出反应，如出现舔嘴和瞳孔放大，这表明小鼠已经有了奖励和惩罚相关的条件反射。

巴普洛夫条件学习

通过记录巴普洛夫条件学习过程中Sst+CeA神经元的活动，研究人员发现，经过训练，一些Sst+CeA神经元对CS1或CS2以及相应的US1或US2表现出兴奋反应，且对CS1或CS2以及US1有兴奋反应的神经元数目变多了。

更重要的是，训练后对CS1有兴奋反应的神经元在一开始对CS1是没有反应的，训练后对US1有反应的神经元中有一半最初对US1也是没有反应的，也就是说学习过程增加了Sst+CeA神经元的活动和数目。

训练前后神经元数目的变化

为了进一步观察Sst+CeA神经元是如何参与学习过程的，研究人员又引入了go/no-go条件学习。这次，研究人员还是先让小鼠听到一个声音（CS3），听到声音后可以获得甜水（US3），然后再给予小鼠一个声音（CS4），接下来会喝到苦水（US4）。当小鼠通过主动舔舐或停止舔舐来趋利避害时就证明小鼠已经学会了这个任务。

在观察Sst+CeA神经元钙离子信号成像后，研究人员同样发现，CS和US兴奋反应神经元数量变多了，但对US兴奋的神经元数量却大大超过了对CS兴奋的神经元。由此，研究人员推测，Sst+CeA神经元会在学习过程中实现对US的评估，进而强化学习过程。

训练前后神经元数目的变化

既然Sst+CeA神经元可以通过评估US影响小鼠行为，那么人为降低对US有兴奋反应的神经元，小鼠的行为会发生怎样的改变呢？

研究人员利用基于光敏质子泵（ArchT）的光遗传学手段，在巴普洛夫和go/no-go条件学习中，对US有兴奋反应的Sst+CeA神经元进行抑制。结果发现，在学习过程中，若抑制此类神经元，将会减弱小鼠的学习能力。但当小鼠学会任务后，抑制此类神经元将不会对已习得的行为产生任何影响。这也说明，Sst+CeA神经元在小鼠学习过程中起到了非常重要的作用。

最后，研究人员还探索了Sst+CeA神经元参与学习背后的神经环路。通过神经元追踪实验，研究人员发现，Sst+CeA神经元主要投射到了多巴胺能神经元的SNc区域。接下来，研究人员在再次使用钙离子成像观察Sst+CeA神经元活动的同时，利用光纤光度记录法对SNc多巴胺能神经元进行记录。结果发现，Sst+CeA神经元的活动可以有效激活SNc多巴胺神经元，且这一激活是通过降低γ-氨基丁酸能神经元的抑制作用实现的。

Sst+CeA神经元投射区域

为了厘清Sst+CeA神经元和SNc多巴胺神经元之间的联系，研究人员再次人为抑制了Sst+CeA神经元并让小鼠重复条件学习，结果发现，在小鼠喝到水或者甜水时，抑制Sst+CeA神经元会降低SNc多巴胺神经元的反应，但在小鼠喝到苦水或遭受电击时，则没有影响。这说明，抑制Sst+CeA只会影响奖励性学习和记忆的形成。

综上，这项研究扩充了以往我们对CeA在学习记忆功能方面的认知，系统地揭示了Sst+CeA神经元存在不同的亚群，可以对积极或消极等不同刺激做出不同的反应。此外，研究还探索了Sst+CeA神经元多巴胺系统的调控过程，这也为我们深入理解杏仁核的功能和调控行为的机制提供了新的视角。

参考文献：

[1]Yang T, Yu K, Zhang X, Xiao X, Chen X, Fu Y, Li B. Plastic and stimulus-specific coding of salient events in the central amygdala. Nature. 2023 Apr;616(7957):510-519. doi: 10.1038/s41586-023-05910-2.