@来源：神经科学视界
尽管攻击性行为是普遍存在的，对生存至关重要，但动物或人类的“无法控制”和异常攻击性行为可能会产生严重的不良后果或社会成本。对攻击行为的研究表明，不同的神经环路可能在特定的内部和外部条件下调节攻击。此外，人类病理性攻击的特点是，在没有外部威胁的情况下，可能会爆发各种不适当且无法控制的冲动性攻击，这意味着大脑中的某些环路可能编码一般的攻击性反应。然而，大脑中是否存在协同环路，以及它们如何调节共同构成各种攻击行为的内部状态和行为活动模式，目前尚不清楚。
杏仁核是调节攻击相关情绪状态的关键节点[1]。然而，杏仁核亚区在不同攻击行为和攻击状态中的作用仍不明确。无名质（substantia innominate, SI）是基底前脑的一个亚区，可分为前SI（aSI）和后SI（pSI），后者也被归类为杏仁核的延伸区域。值得注意的是，SI还参与了动机和恐惧行为的调节，即攻击相关的情绪状态。
去年3月份，浙江大学脑科学与脑医学学院段树民院士与虞燕琴教授团队在国际知名期刊《Neuron》在线发表了题为“A SubstantiaInnominata-midbrain Circuit Controls a General Aggressive Response”的研究论文。该研究利用电生理记录和Ca2 成像，发现小鼠pSI神经元对几种攻击性刺激线索作出反应，表现出与生物学意义(威胁/攻击或中性)有关的分级活动。此外，对投射到中脑导水管周围灰质(periaqueductal gray, PAG)的pSI神经元的光遗传学或化学遗传学操作表明，pSI-PAG环路调控多种攻击行为，并可能为缓解人类病理性攻击提供潜在靶点[2]。
为了探索SI在小鼠攻击行为中的作用，研究人员首先检测了由雄性间攻击诱导的SI及其附近区域的c-Fos表达(图1A)。在攻击性条件下，pSI中的c-Fos 神经元数量是对照组的3.4倍，而aSI、邻近的中央杏仁核（CeA）和苍白球（GP）中的增加较少(图1B和1C)。在pSI中, 激活的c-Fos 神经元主要是thymus细胞抗原1阳性(Thy1 )和钙/钙素依赖性蛋白激酶IIα阳性(CaMKIIα )(图1D和1E)。在体内电生理记录了pSI神经元在非侵略性和攻击性社会行为中的活动(图1F和1G)。攻击过程中，所有被记录的pSI神经元的平均放电频率增加(图1H-1j)。特别是在攻击时，这些聚集兴奋的pSI神经元活动开始增加(图1K和1L)。值得注意的是，在攻击前的嗅探过程中，这些攻击性刺激的pSI神经元活动开始增加(图1K和1L)。与嗅探雄性小鼠(图1N)相比，嗅探物体(图1M)时，受到攻击性刺激的pSI神经元的激活程度较低。在攻击中，嗅探雄性刺激的pSI神经元(一种攻击性的刺激信号)比嗅探物体时的刺激更活跃(图1O-1R)。总之，研究发现pSI神经元在雄性间的攻击中非常活跃，这些神经元可能编码攻击和攻击激发线索。
图1：在雄性对抗中， pSI神经元活动增强。
为进一步探索已识别的pSI神经元亚型的活动与攻击之间的相关性，研究人员将编码GCaMP6m的病毒注射到雄性Thy1-Cre小鼠(FVB/N)的pSI中，并记录各种社会行为期间pSIThy1神经元中的Ca2 信号(图2A和2B)。雄性Thy1-Cre小鼠表现出强烈的攻击性行为，也记录到pSIThy1神经元中的Ca2 动力学差异(图2A和2B)。在攻击前的嗅探/震颤期间pSIThy1神经元中的Ca2 活动明显多于没有攻击的简单嗅探/震颤(图2C-2F、2I和2J）。与这些嗅探/震颤相关的Ca2 水平可以预测是否会发生真正的攻击（图2G、2H、2M和2N）。当小鼠威胁雄性入侵者时，pSIThy1神经元的活动也会增加到较高水平(图2K和2L)。
总的来说，pSIThy1神经元在雄性间的社会行为中表现出Ca2 活动的分级增加，在“非攻击性”社会行为（如简单的嗅探或震颤）中增加最少，在“攻击性”社会行为（如嗅探攻击或震颤攻击）中相对较高，在雄性间的攻击中达到最高（图2O和S2）。不同攻击状态下的行为在很大程度上可以由相关的pSIThy1神经元活动预测（图2P、2Q和S2）。
图2：不同的攻击状态下, pSIThy1神经元的分级Ca2 反应。
那么pSIThy1神经元中的Ca2 活动是否参与不同类型攻击行为的呢？首先，当Thy1-Cre雄性小鼠偶尔攻击雌性小鼠时，记录了雄性-雌性攻击期间的神经活动(图3B)。结果发现，在攻击期间，pSIThy1神经元活动增加（图3C），峰值与男性间攻击相似(图3D)。当引入雄性CD-1小鼠并受到其攻击时，Thy1-Cre小鼠反过来表现出防御行为。有趣的是，雄性间防御期间增加的神经活动甚至高于攻击期间的神经活动(图3E-3G)。相比之下，尽管在对蟋蟀的捕食性攻击中，pSIThy1神经元的活性也增加了，但持续时间要比在雄性间攻击中少得多，也要短得多(图3H-3L)。与捕食性攻击相比，对幼崽定向攻击中pSIThy1神经元活动增加的幅度相似，但时间窗更长(图3M-3Q）。雌性小鼠对雄性小鼠的攻击，尽管很少被观察到，但与捕食或幼崽定向攻击相比， pSIThy1神经元活动增加了相似的幅度，但时间窗更长(图3R-3V)。利用蟋蟀定向、幼崽定向和雌性社会行为中的pSIThy1神经元Ca2 特性，对嗅探、嗅探（攻击）和攻击（图3K、3P和3U）进行分类，并预测是否会发生实际攻击。受试小鼠的pSIThy1神经元活动按捕食性攻击<幼犬定向攻击<雌性攻击<雄性攻击性攻击<雄性防御性攻击的顺序(从弱到强)分级增加。
图3：在不同的攻击性行为中，pSIThy1神经元的分级Ca2 反应。
然后，研究人员使用化学遗传学调控，通过对小鼠腹腔注射氯氮平-N-氧化物(CNO)激活pSIThy1神经元，诱导小鼠的攻击行为(图4A-4C)。使用顺行跨突触追踪方法，发现腹侧/外侧PAG(VL/LPAG)是一个参与调控社会运动行为的区域，由pSI神经元密集支配。通过向VL/LPAG中注射逆向AAV-Retro-EGFP病毒，进一步标记PAG的输入神经元(图4D和4E)。
研究人员又使用光遗传学方法，以便精准探究pSI-PAG神经元活动和攻击行为之间的因果关系(图4F)。当pSI-PAG神经元被光遗传学激活时，一只在社交环境中表现出最弱攻击性的雄性小鼠（图4G）立即攻击另一只雄性小鼠（图4H）。攻击的类型可主要分为主动攻击和情感攻击，分别以低觉醒和高觉醒为特征。研究人员进一步确定了pSI-PAG神经元的光激活能够调节觉醒(图4J和4K)，光遗传学激活立即引发强烈的攻击，伴随着觉醒状态的增加(图4R)，该反应与情感攻击一致[3]。
图4：pSIThy1或pSI-PAG神经元的激活，促进雄性小鼠间的攻击和自主觉醒。
研究人员推断，pSI激活引起的觉醒增加可能会建立一种“强化攻击性觉醒”。在随后的实验中来确定在不同条件下，pSI-PAG神经元的光激活是否会诱导各种攻击行为(图5A)。pSI-PAG神经元的光激活不仅促进了单笼(图5J)和群居(图4)小鼠的典型区域性雄性间攻击，而且还促进了新笼(图5J)中的典型区域性雄性间攻击。在正常情况下，雄性小鼠不会攻击雌性小鼠，有趣的是，pSI-PAG神经元的光激活可靠地诱导了雄性对雌性的攻击，其程度与攻击雄性的程度相似(图5J)。
图5：激活pSI-PAG神经元，促进不同的攻击行为。
考虑到在自然攻击行为期间记录了pSI神经元的分级神经元反应(图3)，研究人员好奇pSI-PAG神经元的不同活动是否能诱发多种攻击行为(图6A)。实验发现，在所有测试的攻击行为中，光激活的强度与攻击概率或攻击开始的潜伏期密切相关(图6B–6G)。低强度光刺激(<0.2mW)主要引发捕食性攻击和幼崽定向攻击，诱发的雌性攻击较少，雄性攻击最少(图6F-6H)。当刺激强度增加到中等光强度(0.2–1 mW)时，更频繁地诱发雌雄、雌雄和雄性间的攻击(图6F和6G)。此外，在高强度光刺激(>1 mW)的条件下，所有五种类型的攻击行为都被触发(图6F、6G和5J)。因此，不同的攻击行为是由pSI-PAG神经元的不同激活强度引起的，阈值顺序为捕食性攻击<幼犬定向攻击<雌性攻击<雄性间攻击(图6H)。
图6：不同攻击行为下pSI-PAG神经元光刺激强度与诱发攻击成功率的响应关系。
pSI是否对这些自然攻击行为也是必要的？研究人员首先优化了一种行为范式，在这种范式中，一只单独居住在笼子里的雄性会有力地攻击一只群居的雄性入侵者(图7A)。化学遗传学抑制pSIThy1神经元(图7B-7E)在很大程度上阻止了攻击行为。当对pSIThy1神经元进行光抑制(图7F)立即终止了雄性间的攻击行为(图7G、7J和7M)。光遗传学抑制pSIThy1神经元减少了对幼崽的定向攻击（图7H、7K和7M）。类似地，当群居雄性攻击蟋蟀时，光抑制pSIThy1神经元减少了捕食性攻击（图7I、7L和7M）。
图7：pSIThy1神经元失活，会中断多种攻击行为。
本项研究明确了pSI可以作为一个以前未被认可的关键中心，用于调控小鼠的不同攻击性行为。研究团队发现pSI神经元编码了不同强度的威胁刺激，很好地预测和确定了不同的攻击性行为的状态，从而改变小鼠的活动。浙江大学脑科学与脑医学学院段树民教授与虞燕琴教授是本文的共同通讯作者，博士生朱正刚、硕士生马青青、博士生苗露、杨鸿斌是共同第一作者。该研究主要受国家重点研发项目、国家自然科学基金、中国医学科学院医学与健康科技创新工程项目、广东省重点领域研发计划项目、中央高校基本科研业务费等资助。
作者简介
参考文献
[1] CUIY, LV G, JIN S, et al. A Central Amygdala-Substantia Innominata NeuralCircuitry Encodes Aversive Reinforcement Signals [J]. Cell Rep, 2017, 21(7):1770-82.
[2] ZHUZ, MA Q, MIAO L, et al. A substantia innominata-midbrain circuit controls ageneral aggressive response [J]. Neuron, 2021, 109(9): 1540-53 e9.
[3] SIEGELA, VICTOROFF J. Understanding human aggression: New insights from neuroscience[J]. Int J Law Psychiatry, 2009, 32(4): 209-15.
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