恐惧情绪对于物种繁衍生存具有重要的意义,是物种进化和生存过程中最不可或缺的一种重要情绪。由恐惧情绪诱发的本能防御行为能协助动物躲避天敌捕捉的危险,从而提高动物的存活率。视觉是动物感知外界环境的重要线索输入途径之一,大部分动物在进化的过程中演化出基于视觉信息诱发本能恐惧防御行为机制以逃避天敌捕捉。在快速识别危险信息的视觉系统协助下,大脑整合视觉信息并做出合适的防御策略。视觉系统如何快速检测环境中危险信息?视觉系统中是否存在特异类型细胞传递危险视觉信息诱发本能恐惧行为?这种视觉本能恐惧行为是什么时候首次形成?及其相关神经环路机制是什么?本文通过行为学、膜片钳、双光子活体钙成像等技术,结合模拟天敌捕捉行为的上视野阴影刺激行为学范式,从视觉本能恐惧反应的形成时间特征和神经环路机制两方面进行了详细的探讨。首先,我们在个体早期发育阶段本能恐惧反应形成的时间特征方面,发现了:1)小鼠在出生后的20-24天首次出现视觉刺激诱发的本能恐惧逃避行为;2)对幼鼠进行拔胡子和黑暗饲养处理并不影响本能恐惧逃避行为在出生后20-24天内形成;3)出生后20-24天幼鼠上丘神经元参与调控视觉本能恐惧反应,对上视野阴影刺激产生明显的响应;4)上丘浅层宽场细胞和水平细胞比例在早期发育阶段随着年龄增长而增高,可能参与调控本能恐惧。因此,我们推测生后20-24天为小鼠个体早期发育阶段内形成视觉本能恐惧逃避行为的关键时间窗。并且在该时间窗内,上丘的宽场细胞和水平细胞可能参与形成逃避行为功能,为解析视觉本能恐惧反应形成的细胞机制提供理论基础。然后,我们围绕视觉本能恐惧反应相关的神经环路机制展开研究工作,发现了:1)成年小鼠CR+视网膜神经节细胞投射到上丘的神经环路参与调控视觉本能恐惧逃避行为;2)上丘5HT2c+神经元主要接收CR+视网膜细胞的信息输入,并参与调控本能恐惧逃避行为;3)上丘到腹侧被盖区的GABA能神经元到中央杏仁核的神经环路调控视觉本能反应及其细胞机制;4)丘脑底核投射到外侧苍白球神经环路共同调控觉醒与本能逃避行为的细胞机制。本文系统地揭示了调控本能恐惧反应相关的神经环路及其特征,推动了基于视觉的本能防御行为的神经环路解析方面的发展,为进一步解析恐惧情绪在内的物种繁衍生存的基本神经环路特征奠定神经生物学基础。基于视觉信息本能恐惧防御行为的神经环路的异常可能会引发自闭症,恐怖症等精神疾病。因此,在低等动物上解析视觉信息诱发本能恐惧环路的形成及其时间窗、功能调控的相关机制有助于我们进一步认识视觉信息输入对于恐惧情绪产生的神经基质。如果能够解析视觉系统内特异类型视网膜神经节细胞或大脑神经元的兴奋性变化引起的情绪的变化,或许有望为解析人类与恐惧相关的精神疾病提供理论基础,为临床治疗提供潜在的干预靶点。