生物通报道  动物以可以预测的方式来对恐惧做出反应。当一只小鼠面对危险时，它有可能会僵在原地不动或是拼命逃生。但一直以来人们对于大脑中引发这种原始反应的机制却并不清楚(延伸阅读：中国科学家强强合作 利用光遗传学获得突破性成果 )。

来自中科院生物物理研究所的研究人员通过小鼠研究揭示出，在眼睛和杏仁核（大脑的情感和决策中心）之间运作的特异的神经元连接，将迫近的威胁的视觉景象转变为了动物僵住或逃离的本能。这项重要的研究发布在6月25日的《科学》（Science）杂志上。

领导这一研究的是中科院生物物理研究所脑与认知科学国家重点实验室的曹鹏（Peng Cao）研究员。曹鹏曾师从诺贝尔奖得主Thomas Sudhof 博士，主要研究方向为应用囊泡转运原理开发新型囊泡分子工具，研究认知功能与认知功能障碍的分子和环路基础，探索脑疾病治疗的策略和手段。

奥地利科学技术学院神经科学家Peter Jonas （未参与该研究）说：“了解分子、细胞和突触的关系，以及微型神经回路功能与行为之间的关系，是神经科学面临的巨大挑战之一。搭建起连接这些不同层面的桥梁具有重要的意义……这篇论文为我们提供了一个极好的例子如何才能将之变为可能。”

恐惧行为对于生存至关重要，动物和人类利用他们的所有感官输入信号来检测、评估及逃离危及生命的环境。研究人员已经鉴别出了在视觉威胁情况下对正在逼近的物体做出反应的视网膜细胞。然后，中脑中的上丘接收到视网膜神经元的输入信号，促成了躲避和防御行为。

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“然而对于介导这些行为的神经细胞，以及将它们与恐惧反应连接到一起的神经回路却仍然未知，”曹鹏说。

第一步，曹鹏和同事们采用光遗传学方法刺激了小鼠上丘中所有的神经元，发现这足以引起动物的恐惧反应——让小鼠僵在原地不动。研究人员随后操控上丘特异的神经元亚型对光做出反应，发现刺激表达钙结合蛋白——小清蛋白（parvalbumin ,PV)的神经元会引起相似的恐惧反应——小鼠首先试图逃跑但很快却僵住了。刺激表达生长抑素（somatostatin ,SST)或血管活性肠肽（vasoactive intestinal peptide，VIP）的神经元则根本不会引起恐惧反应。

为了确定PV神经元是否确实负责传递了有关视觉威胁的信息，研究人员向小鼠显示了一个虚拟的足球，其看起来就要滚向静止不动的动物。对动物上丘的记录揭示，虚拟足球诱导了PV神经元高度活化。

研究小组进而证实，PV神经元投射到了大脑中许多不同的区域，包括二叠体旁核(parabigeminal nucleus，PBGN)。局部光遗传学刺激PBGN诱导了刺激上丘PV神经元时看到的一样的恐惧反应。

瑞士Friedrich Meische生物医学研究所的Botond Roska（未参与该研究）说：“神经信号经过了如此多的阶段才到达恐惧位点（杏仁核）——这让我感到非常惊讶。我本以为这一信号通路是更直接、更特异的连接，因为它必须进行极快速地处理。”的确，在面对威胁的捕食者或下落的石头时快速的决策至关重要。

Roska认为，这一信号通路的每一个阶段有可能都在某种程度上精炼了信号，以致动物“绝对的确信它们看到了真正的威胁。”

除了阐明各个阶段如何改变信号传递，曹鹏还想知道人类是否和啮齿类动物共享了相同的信号通路，如果确是如此，这一信号通路是否在精神疾病中发挥了作用。

曹鹏说：“激活PV神经元使得小鼠形成了恐惧记忆和条件性的位置厌恶。重复激活这些神经元可引起一些抑郁症样行为。其中两种行为与创伤后应激障碍中看到的一些症状相似。很显然，我们需要更多的实验来支持这一观点。”

（生物通：何嫱）

作者简介：

曹鹏

国家“青年”获得者中科院生物物理所，脑与认知科学国家重点实验室，创新课题组组长

简历 & 研究组工作摘要
1996-2000　　 北京大学生命科学学院　　　　　　　　　　  理学学士
2000-2005　　 中国科学院生物物理研究所 　　　　　　　　 理学博士
2005-2008　　 美国贝勒医学院分子生理及生物物理系　　　　博士后
2008-2012　　 斯坦福大学医学院/霍华德休斯医学研究所　　 助理研究员
2012-至今　　 中国科学院生物物理研究所　　　　　　　　　研究员，博士生导师
2013年3月　  入选国家“青年”

研究方向：
应用囊泡转运原理开发新型囊泡分子工具，研究认知功能与认知功能障碍的分子和环路基础，探索脑疾病治疗的策略和手段。课题组目前开展如下几个研究内容：
1-神经元囊泡转运的分子机理研究和新型分子工具的开发
2-应用新型囊泡分子工具揭示动物社交学习（social learning）的神经突触机制
3-应用新型囊泡分子工具解析神经环路构建和修复的微环境
4-应用新型囊泡分子工具描绘脑内抗抑郁神经网络的分子/环路联结　
5-应用新型囊泡分子工具探索压力应激与认知功能障碍的环路分子基础

生物通推荐原文摘要：

A parvalbumin-positive excitatory visual pathway to trigger fear responses in mice

The fear responses to environmental threats play a fundamental role in survival. Little is known about the neural circuits specifically processing threat-relevant sensory information in the mammalian brain. We identified parvalbumin-positive (PV+) excitatory projection neurons in mouse superior colliculus (SC) as a key neuronal subtype for detecting looming objects and triggering fear responses. These neurons, distributed predominantly in the superficial SC, divergently projected to different brain areas, including the parabigeminal nucleus (PBGN), an intermediate station leading to the amygdala. Activation of the PV+ SC-PBGN pathway triggered fear responses, induced conditioned aversion, and caused depression-related behaviors. Approximately 20% of mice subjected to the fear-conditioning paradigm developed a generalized fear memory.