捕食和逃跑的下丘脑神经环路

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捕食者和猎物之间的行为活动是自然界中最激烈的事件之一,对参与的双方都生死攸关。下丘脑被认为和动物的许多本能行为包括捕食和逃跑密切相关,但是,控制动物捕食和逃跑行为的具体的下丘脑神经环路还没有准确的定义。这里,我们利用光遗传学证明了从外侧下丘脑到中脑导水管周围灰质的抑制性和兴奋性投射分别控制了捕食和逃跑。利用一种双病毒搭载策略,我们发现投射到中脑导髓管周围灰质区域的外侧下丘脑神经元在小鼠捕食蟋蟀的行为中活动升高。同时,光激活投射到中脑导水管周围灰质的外侧下丘脑神经元能够诱导小鼠的捕食行为。通过体外膜片钳技术,我们发现投射到中脑导髓管周围灰质的外侧下丘脑神经元主要包括抑制性的γ-氨基丁酸神经元和兴奋性的谷氨酸神经元。外侧下丘脑的γ-氨基丁酸神经元在小鼠捕食蟋蟀的过程中活动升高,光抑制外侧下丘脑的γ-氨基丁酸神经元能够阻断动物捕食蟋蟀的行为。利用计算机控制的食物追逐实验,我们更加精确地在不同阶段给光抑制外侧下丘脑γ-氨基丁酸神经元,发现光抑制γ-氨基丁酸神经元活动会阻断小鼠追逐行为的发起,而基本不会影响小鼠获得食物后的咀嚼行为。神经元类型特异性地光激活外侧下丘脑的γ-氨基丁酸神经元可以导致动物捕食蟋蟀,追逐撕咬人工猎物,甚至会对同类进行捕食性攻击。神经元特异性和投射特异性地光激活投射到中脑导水管周围灰质的外侧下丘脑γ-氨基丁酸神经元同样可以驱动小鼠强烈的捕食性攻击,但并不会增加动物的进食量。神经元特异性和投射特异性地光抑制投射到中脑导水管周围灰质的外侧下丘脑γ-氨基丁酸神经元,也能够阻碍小鼠捕食蟋蟀的行为。相对的,外侧下丘脑谷氨酸神经元在逃跑中被激活,光激活投射到中脑导水管周围灰质的外侧下丘脑谷氨酸神经元驱动逃跑,抑制这群神经元阻碍了预测性的逃跑。因此,捕食和逃跑这两种看似相反的行为被紧密地调控于包含在外侧下丘脑到中脑导水管周围灰质的单个神经投射的两种可分离的指令系统。
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