【Nature Neuroscience】新机制！齿状回新神经亚群带你克服心底最深处的恐惧！
“没有人生来就是勇敢的，勇敢并不是不害怕，而是要假装勇敢，并学会克服恐惧。”
——纳尔逊·曼德拉
正如南非国父曼德拉所言，恐惧是人之本能，克制本能者方可成为敢于直面惨淡人生的猛士。俗话说，知己知彼，克敌机先，know fear, no fear。本篇文章中，笔者将带你了解恐惧的终极奥义，助你克服恐惧，成为真正的勇者。
冠军勇士
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恐惧，是一种情绪，一种心理活动状态。人们在面临某种危险情境，企图摆脱而又无能为力时，会产生一种强烈压抑的情绪体验，此种状态即为恐惧。恐惧分为先天性恐惧与习得性恐惧，可引起持续性记忆，即我们常说的“心理阴影”。随着时间流逝，恐惧记忆会逐渐消退（extinction），但相关场景再现时恐惧记忆又会复发（relapse）。
对死亡的恐惧比死亡本身更可怕 ——赤井秀一《名侦探柯南》
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对于大脑中恐惧产生的神经环路机制，科研工作者已开展大量研究。在上周的文章中，我们讲述了浙江大学徐晗研究组关于前额叶皮层介导恐惧产生的微环路机制的工作[1]。然而，对于恐惧记忆的消退过程以及复发过程，我们却知之甚少。相关研究表明，恐惧消退并非通过恐惧记忆的消除引起，而是由新记忆对恐惧记忆的竞争性抑制所致[2]，但调控恐惧消退新记忆的神经环路机制，我们尚未可知。
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2019年04月02日，《Nature Neuroscience》杂志在线刊登了德克萨斯大学奥斯汀分校Michael R. Drew教授的最新重要工作[3]，他们发现海马齿状回中调控恐惧消退新记忆的神经元亚群，抑制此类神经元可引起恐惧复发，激活它们会促进恐惧消退。该研究首次揭示调控恐惧消退新记忆的神经元亚群，极大提高了人们在恐惧记忆领域的认知。
Michael R. Drew教授
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结果
1. 恐惧消退过程抑制恐惧获得神经元的再激活
过去的研究表明，海马齿状回中存在一类恐惧获得神经元（fear acquisition neurons），这类神经元的再激活对于场景恐惧的表征至关重要[4, 5]。但究其活性如何受恐惧消退过程影响，我们不得而知。
为研究此，作者使用ArcCreERT2小鼠，此类小鼠中被激活的神经元经4-OHT诱导后可表达Cre重组酶以方便标记与操控（图1a）。首先，他们在条件恐惧范式中训练ArcCreERT2::ChR2-eYFP小鼠，再进行恐惧消退实验，最后通过相同场景进行恐惧复发实验。发现消退实验后小鼠恐惧行为显著减少，且再激活的恐惧获得神经元数量显著减少（图1b-g）。在这里笔者详解一下再激活的恐惧获得神经元的统计方法，条件恐惧范式可激活小鼠齿状回中一部分神经元，这部分神经元经4-OHT诱导后会表达ChR2-eYFP，用以表征恐惧获得神经元（图1e）；而小鼠在恐惧复发范式中被激活的神经元会表达Arc（图1f）。于是，倘若神经元被条件恐惧范式与恐惧复发范式激活两次，那么此类神经元就会共表达ChR2-eYFP与Arc（图1g），作者便通过这类双阳性神经元表征再激活的恐惧获得神经元。大家是否听懂了呢？O(∩_∩)O~
图1 恐惧消退过程抑制恐惧获得神经元的再激活
2. 恐惧重提取与消退重提取再激活不同亚群神经元
发现恐惧获得神经元被消退过程抑制之后，作者探究齿状回中参与消退过程的神经元。他们使用ArcCreERT2::Halo-eYFP小鼠，在条件恐惧范式与消退范式中训练小鼠，并通过不同时间注射4-OHT诱导Cre表达以标记恐惧获得（Acq-Tag）神经元或参与消退的（Ext-Tag）神经元。他们发现，经由10天恐惧消退后，小鼠恐惧行为显著减少，28天后小鼠恐惧行为复发（图2a-b）。有趣的是，消退过程再激活的神经元主要为Ext-Tag神经元，而恐惧复发再激活的神经元主要为Acq-Tag神经元（图2c-g）。再激活神经元的表征方式与上文相同——依赖于信号共标，不再赘述。
友情提醒一下，在图1与图2中，作者所使用的ChR2-eYFP与Halo-eYFP只有标记作用，并未操控神经元活性，其作用等价于eYFP。
图2 恐惧重提取与消退重提取再激活齿状回神经元的不同亚群
3. 光抑制Ext-Tag神经元阻断恐惧记忆的消退
在上文结果中，作者找到参与恐惧消退的神经元。为研究其功能，作者再次使用ArcCreERT2::Halo-eYFP小鼠并在齿状回双侧植入光纤，通过4-OHT诱导标记Acq-Tag神经元（图3a-b），发现光抑制Ext-Tag神经元后，小鼠的恐惧记忆不再消退，而小鼠在其它场景的恐惧行为与恐惧复发行为不受影响（图3c-j）。以上结果表明Ext-Tag神经元参与恐惧消退过程中产生的新记忆，抑制这类神经元后，小鼠的恐惧记忆不能被新记忆抑制，由此不再消退。
图3 光抑制Ext-Tag神经元阻断恐惧记忆的消退
4. 光抑制Acq-Tag神经元阻断恐惧记忆的复发
过去研究表明，恐惧获得神经元对场景恐惧的表征十分重要[6]，但其是否同样在恐惧复发过程中具有必要性，未能知晓。于是，为研究恐惧获得神经元的功能，作者又一次使用ArcCreERT2::Halo-eYFP小鼠并在齿状回双侧植入光纤，通过4-OHT诱导标记Acq-Tag神经元（图4a-b），发现光抑制Acq-Tag神经元并不影响恐惧记忆的消退过程，而显著减少恐惧记忆的复发（图4c-j）。表明恐惧获得神经元不参与恐惧消退过程，而参与相同场景介导的恐惧复发过程。
图4 光抑制Acq-Tag神经元阻断恐惧记忆的复发
5. 光激活Acq-Tag神经元加强恐惧，光激活Ext-Tag神经元抑制恐惧
上两部分光遗传学结果告诉我们，Acq-Tag神经元参与记忆的获取与复发，Ext-Tag神经元参与记忆消退新记忆的获取。那么，这群神经元是否能够充分调控这些功能呢？ 作者就此展开最后的研究。
他们使用ArcCreERT2::ChR2-eYFP小鼠并在齿状回双侧植入光纤，通过不同的诱导时间标记Acq-Tag神经元或者Ext-Tag神经元（图5a-b），发现光激活Acq-Tag神经元可在恐惧场景和其它场景中诱发小鼠恐惧行为，而光激活Ext-Tag神经元不能（图5f-h）；光激活Ext-Tag神经元可在消退后显著降低小鼠恐惧行为，而光激活Acq-Tag神经元不能（图5i-j）。此外，光激活Ext-Tag神经元显著减少恐惧复发行为，而Acq-Tag神经元不能（图5k-l）。表明Ext-Tag神经元的激活可引起恐惧消退新记忆，进而抑制恐惧复发。
图5 光激活Acq-Tag神经元加强恐惧，光激活Ext-Tag神经元抑制恐惧
总结
恐惧，是一种心理活动状态。临床医学常用消退疗法抑制恐惧相关疾病，然而消退的恐惧会因相关场景而复发，十分棘手。过去的研究发现恐惧消退会产生新的记忆，从而抑制恐惧，然而究其相关环路机制，我们知之甚少。本篇文章结合转基因小鼠、光遗传学、行为学等多种方法，发现海马齿状回中表征记忆消退新记忆的神经亚群，抑制这一亚群减缓恐惧记忆的消退，激活这一亚群加强恐惧消退，从而抑制恐惧的复发。这项研究揭示了参与记忆消退的新神经亚群，为临床治疗恐惧相关神经性疾病提供了有力支持！让我们克服恐惧，成为真正的勇者！
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参考文献
1.Xu, H., et al., A Disinhibitory Microcircuit Mediates Conditioned Social Fear in the Prefrontal Cortex. Neuron, 2019.
2.Rescorla, R.A., Spontaneous recovery. Learn Mem, 2004. 11(5): p. 501-9.
3.Lacagnina, A.F., et al., Distinct hippocampal engrams control extinction and relapse of fear memory. Nature Neuroscience, 2019.
4.Liu, X., et al., Optogenetic stimulation of a hippocampal engram activates fear memory recall. Nature, 2012. 484(7394): p. 381-5.
5.Ramirez, S., et al., Creating a false memory in the hippocampus. Science, 2013. 341(6144): p. 387-91.
6.Tanaka, K.Z., et al., Cortical representations are reinstated by the hippocampus during memory retrieval. Neuron, 2014. 84(2): p. 347-54.