Science：揭示聽覺恐懼條件反射可誘發區室化的樹突可塑性

學習是由經驗依賴的神經元功能可塑性介導的。盡管科學家們對體外的突觸和樹突可塑性有詳細的了解，但是在體內學習引起的功能變化大多是通過使用以神經元胞體（soma）為中心的方法，如單元記錄或胞體鈣離子活動成像來評估。然而，這些方法并不能揭示樹突信號傳導的復雜性及其受到局部神經回路的調節。此外，樹突是功能獨立的亞細胞區室，它們動態地整合傳入的信息，從而影響神經元的輸入-輸出功能，因此出現了這樣的問題：在學習過程中是否發生區室化的可塑性，以及在行為動物中哪些機制*終控制胞體輸出。

在一項新的研究中，為了研究體內樹突功能和可塑性，來自瑞士弗雷德里希-米歇爾生物醫學研究所和巴塞爾大學的研究人員重點研究了外側杏仁核（lateral amygdal, LA），這是一個皮層下大腦結構，是經典聽覺恐懼條件反射（一種快速而強健的聯想學習形式）的核心。相關研究結果發表在2022年4月15日的Science期刊上，論文標題為“Compartmentalized dendritic plasticity during associative learning”。

在聽覺恐懼條件反射（auditory fear conditioning）過程中，聽覺條件刺激（auditory conditioned stimulus, 縮寫為CS，通常是純音或白噪聲）與厭惡無條件刺激（aversive unconditioned stimulus, 縮寫為US，通常是足底電擊）配對，這導致在聽覺突觸輸入到LA主神經元（principal neuron, PN）上后誘發海扁活動（Hebbian activity）依賴的突觸強化（synaptic potentiation）。這一觀點近期被一些報道了類似比例的神經元在恐懼條件反射時上調和下調它們的CS反應的研究所擴展，這提示著恐懼學習涉及更多不同形式的可塑性。然而，這些研究依賴于胞體活動的測量，而樹突活動和可塑性在聯想學習（associative learning）期間尚未被探討。

為了對經歷經典恐懼條件反射的清醒小鼠大腦深處的杏仁核PN的樹突和胞體的活動進行成像，這些作者使用了基于梯度折射率透鏡的高分辨率雙光子顯微鏡進行了多天的觀察。他們發現感覺刺激誘發了受到表達靶向樹突的生長抑素（SST+）的中間神經元調控的區室化樹突反應。PN樹突的自發輸入受到SST+中間神經元的抑制，而顯著感覺刺激（salient sensory stimuli）暫時減輕SST+中間神經元介導的對PN樹突的抑制，這可能是通過VIP+中間神經元進行的。在大多數情況下，這觸發了高度相關的胞體和樹突感覺反應。然而，感覺輸入也可僅導致樹突反應，而沒有伴隨的胞體輸出，這表明LA PN的樹突可以整合局部的聽覺輸入。

解除SST+中間神經元介導的樹突抑制是在條件反射過程中放大樹突CS反應所必需的，這與通過SST+中間神經元解除抑制打開一個時間窗口的觀點是一致的，在這個時間窗口期間，CS輸入能夠在同時暴露于US時誘導聯想性的樹突可塑性。

恐懼條件反射誘導胞體CS反應的雙向可塑性，這種雙向可塑性與行為水平的學習相關。平均來說，在胞體CS反應上調或下調的神經元中，樹突CS反應增加。然而，恐懼條件反射調節也增加了給定神經元的樹突樹（dendritic tree）上CS反應的差異，這表明在學習過程中，并非所有樹突都經歷了類似的可塑性水平。此外，顯示CS反應上調的樹突棘（dendritic spine）更可能位于學習后CS反應增加的樹突上。*后，即使CS反應下調的神經元的樹突CS反應得到強化，它們的胞體反應也因表達Parvalbumin（PV+）的中間神經元介導的胞體周圍抑制（perisomatic inhibition）增強而減少，從而抵消了學習引起的突觸驅動的增加。

綜上所述，這些研究結果表明，LA PN以區室化方式局部整合樹突感覺輸入，而且恐懼條件反射誘導的樹突和胞體感覺反應的可塑性并不偶聯在一起，即解偶聯。區室化的樹突整合和樹突可塑性與胞體可塑性的解偶聯都是由專門靶向樹突或胞體周圍區域---突觸后PN的兩個不同的亞細胞區室---的局部抑制性回路調節的。對區室化的樹突和胞體可塑性的調節增加了杏仁核回路的計算能力，可能增強了動物在面對危險時的行為靈活性。（生物谷 Bioon.com）