Nat Commun：中科大熊伟课题组解析控制惊跳反射的神经环路

我们经常会被身边突然出现的声音、触碰等刺激“吓一跳”，这种行为被称为惊跳反射（startle reflex）。这是一种哺乳动物所拥有的高度保守的本能防御行为，它发生在原地冻结（freezing）、逃跑（flight）、打斗（fight）等其它防御动作发生之前。一个突然的声音或触觉刺激即可在数毫秒时间内快速诱发惊跳反射，该反射的出现可以将机体诸多反应紧急调动起来，如肌肉收缩，肾上腺素飙升，心率提高等，为后续进一步的防御反应做好准备。惊跳反射行为的异常与创伤后应激障碍症（Post-traumatic stress disorder, PTSD）、恐慌症（Panic disorder, PD）等精神类疾病密切相关。尽管惊跳反射的重要性不言而喻，然而，目前关于控制惊跳反射的基本神经环路尚不清楚。

2021年11月04号，中国科学技术大学生命科学与医学部熊伟教授课题组在Nature Communications在线发表了一项最新研究成果，标题为A brainstem reticulotegmental neural ensemble drives acoustic startle reflexes。在这项工作中，研究人员通过光遗传、化学遗传操纵、在体电生理记录及环路示踪等手段，发现了耳蜗核-脑桥尾侧网状核-脊髓运动神经元这条神经环路在调控惊跳反射行为中的重要作用。

研究人员首先通过c-fos染色及在体钙信号记录，发现声音诱发的惊跳反射（Acoustic startle reflex, ASR）导致脑桥尾侧网状核（Reticulotegmental nucleus, RtTg）内的谷氨酸能神经元被大量激活，钙信号显著增强（图1）。随后，研究人员使用光遗传及化学遗传手段，发现特异性激活RtTg谷氨酸能神经元可以诱发小鼠产生典型的惊跳反射行为，而特异性抑制RtTg谷氨酸能神经元则可以降低小鼠的惊跳反射，并且不会影响运动协调、步态、感知觉等其它行为。

图1. 声音刺激诱发惊跳反射时，小鼠RtTg内谷氨酸能神经元被激活

接下来，研究人员对RtTg核团的上下游进行了病毒示踪，发现RtTg直接接受来自耳蜗核（Cochlear nucleus, CN）的投射，其中CN是声音信息传入大脑的第一级接收核团。光遗传/化学遗传特异性激活/抑制CN-RtTg投射可诱发/抑制小鼠的惊跳反射（图2）。进一步的病毒追踪实验结果表明，接受CN输入的RtTg神经元直接投射到脊髓运动神经元（Spinal motor neurons），最终完成对颈部及四肢肌肉的控制。

图2. RtTg核团接收来自耳蜗核CN的直接投射

综上，这项研究鉴定了一条RtTg介导的控制惊跳反射的神经环路（图3），研究结果加深了我们对本能防御行为神经机制的认识，也为后续进一步研究创伤后应激障碍、恐慌症等疾病中出现的惊跳反射异常行为提供了新的方向。

图3. 控制惊跳反射的神经环路示意图

本论文的通讯作者是中国科学技术大学生命科学与医学部熊伟教授。郭薇薇博士，范思佳博士为论文的共同第一作者。本研究也得到了中国科学技术大学周逸峰教授、薛天教授以及北京大学李毓龙教授的大力帮助。

原文链接：

http://doi.org/10.1038/s41467-021-26723-9