情緒共情（Affective empathy，AE）是維持社會動物同類之間健康關(guān)系的基石。缺乏共情能力可能會導(dǎo)致社交障礙甚至其他行為。情緒共情使社會性哺乳動物能夠?qū)⑶榫w傳遞給同伴，但對AE背后的神經(jīng)回路和遺傳學(xué)的理解仍然非常有限。作為一個多感官處理器，海馬，特別是腹側(cè)海馬（the ventral hippocampus，vHPC），在社會記憶和情感調(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幾項研究得到了揭示，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/李默怡團隊在國際期刊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中識別出編碼天真觀察性恐懼（naive observational fear，Naive OF）的神經(jīng)元。
論文上線截圖
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。接下來為了在亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)層面上探討腹側(cè)海馬的機制，作者利用FHIRM-HR監(jiān)測vHPC錐體神經(jīng)元（圖1）在OF期間的鈣尖峰，通過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)來進行細(xì)胞分類，作者發(fā)現(xiàn)并分類了70個神經(jīng)元為OF Freeze神經(jīng)元，27個神經(jīng)元為Gaze神經(jīng)元，還有10個神經(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
進一步對采集的雙光子數(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Freezing行為的響應(yīng)呈線性增加。此外，它們的鈣信號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行為時表現(xiàn)出鈣活動升高?？偟膩碚f，OF Freeze神經(jīng)元的鈣活動變化與觀察者的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
為了進一步在環(huán)路水平上研究情緒共情的機制，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)這兩個環(huán)路控制熟悉觀察小鼠的Naive OF。這些結(jié)果突顯了社會性動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制。這項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。
【參考文獻】
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.
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