雙光子顯微成像技術(shù)助力揭示情緒共情的神經(jīng)機(jī)制

情緒共情（Affective empathy，AE）是維持社會(huì)動(dòng)物同類之間健康關(guān)系的基石。缺乏共情能力可能會(huì)導(dǎo)致社交障礙甚至反社會(huì)行為。情緒共情使社會(huì)性哺乳動(dòng)物能夠?qū)⑶榫w傳遞給同伴，但對(duì)AE背后的神經(jīng)回路和遺傳學(xué)的理解仍然非常有限。作為一個(gè)多感官處理器，海馬，特別是腹側(cè)海馬（the ventral hippocampus，vHPC），在社會(huì)記憶和情感調(diào)節(jié)中起著至關(guān)重要的作用。海馬在小鼠共情中的功能最近通過(guò)幾項(xiàng)研究得到了揭示，但海馬相關(guān)環(huán)路是否參與共情及哪些環(huán)路參與共情仍不清楚。

為了揭示情緒共情的神經(jīng)機(jī)制，作者利用了超維景自主研發(fā)的高分辨型微型化雙光子顯微鏡（FHIRM-HR），實(shí)現(xiàn)了自由行為下腹側(cè)海馬錐體神經(jīng)元——CaMKIIα神經(jīng)元的成像。

2024年05月27日，東南大學(xué)謝維/李默怡團(tuán)隊(duì)在國(guó)際著名期刊Cell Reports上發(fā)表題為“Dual circuits originating from the ventral hippocampus independently facilitate affective empathy”的研究論文。利用微型化雙光子成像技術(shù)等研究手段，發(fā)現(xiàn)了vHPC錐體神經(jīng)元到外側(cè)隔核GABA能神經(jīng)元以及vHPC錐體神經(jīng)元到伏隔核多巴胺受體神經(jīng)元在AE中起作用，此外，作者還在vHPC中識(shí)別出編碼天真觀察性恐懼（naive observational fear，Naive OF）的神經(jīng)元。

作者首先利用化學(xué)遺傳學(xué)和光遺傳學(xué)手段研究了海馬是否真的能夠調(diào)節(jié)觀察恐懼（Observational Fear ,OF）行為，發(fā)現(xiàn)腹側(cè)海馬，而不是背側(cè)海馬，參與了Naive OF。接下來(lái)為了在亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)層面上探討腹側(cè)海馬的機(jī)制，作者利用FHIRM-HR監(jiān)測(cè)vHPC錐體神經(jīng)元（圖1）在OF期間的鈣尖峰，通過(guò)提取并分析不同行為狀態(tài)期間神經(jīng)元的鈣尖峰數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行細(xì)胞分類，作者發(fā)現(xiàn)并分類了70個(gè)神經(jīng)元為OF Freeze神經(jīng)元，27個(gè)神經(jīng)元為Gaze神經(jīng)元，還有10個(gè)神經(jīng)元未被分類（圖2）。

圖1. 微型化雙光子顯微鏡下腹側(cè)海馬錐體神經(jīng)元代表圖

圖2. 微型化雙光子顯微鏡采集神經(jīng)元分類

進(jìn)一步對(duì)采集的雙光子數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，OF Freeze神經(jīng)元表現(xiàn)出顯著的正線性斜率，這表明它們對(duì)Freezing行為的響應(yīng)呈線性增加。此外，它們的鈣信號(hào)改變顯著高于未分類神經(jīng)元，大約73.24%的vHPC CaMKIIα神經(jīng)元在響應(yīng)Freezing行為時(shí)表現(xiàn)出鈣活動(dòng)升高。總的來(lái)說(shuō)，OF Freeze神經(jīng)元的鈣活動(dòng)變化與觀察者的Freezing狀態(tài)高度正相關(guān)，這表明vHPC中的OF Freeze神經(jīng)元是一群編碼觀察者共情恐懼的神經(jīng)元（圖3）。

圖3. 微型化雙光子顯微鏡采集神經(jīng)元數(shù)據(jù)分析

為了進(jìn)一步在環(huán)路水平上研究情緒共情的機(jī)制，作者研究了vHPC OF神經(jīng)元到NAc和至dLS→vLS→BLA的神經(jīng)回路，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)環(huán)路控制熟悉觀察小鼠的Naive OF。這些結(jié)果突顯了社會(huì)性動(dòng)物中共情的潛在多樣性調(diào)節(jié)途徑，揭示了共情環(huán)路及其情緒障礙的機(jī)制。這項(xiàng)研究為理解控制類似于人類共情的神經(jīng)回環(huán)路提供了新的見解，并可能為診療共情障礙提供新的大腦靶點(diǎn)。

【參考文獻(xiàn)】
Peng S, Yang X, Meng S, Liu F, Lv Y, Yang H, Kong Y, Xie W, Li M. Dual circuits originating from the ventral hippocampus independently facilitate affective empathy. Cell Rep. doi: 10.1016/j.celrep.2024.114277.