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共情(empathy)是通过感知他人的情感状态,从而使白己产生与之类似的情绪或感受的能力,也称为同理心,同感等。共情在人类社会认知和社交行为中扮演者重要的角色,对于情感应激诱发有着重要的作用,并且自闭症、精神分裂症等神经精神疾病都伴有共情的缺失或紊乱失调,因此研究共情的神经生物学机制不仅对理解情感应激的产生有重要的科学意义,同时也会为共情缺失或失调等相关神经精神疾病的诊断和治疗提供新的思路和方法。影像学研究发现,人类岛叶皮层(Insularcortex,IC)在共情时显著性激活,临床研究也发现岛叶皮层有病灶的患者其共情力会有损伤。除人类外,在啮齿动物上同样观察到了岛叶皮层活动与共情样行为密切相关。因此岛叶皮层可能在共情发生过程中发挥着重要作用,但其参与共情行为的神经生物学机制目前尚不清楚。因此,本课题首先建立稳定可靠的小鼠共情样行为模型——观察性恐惧习得模型,在此基础上,研究了岛叶皮层在观察性恐惧传递中的作用,并探讨了岛叶皮层参与观察性恐惧习得的神经生物学机制。1.观察性恐惧习得模型的建立首先建立小鼠共情样行为模型——观察性恐惧习得模型,并对不同方式建立的模型进行比较,以选择最优模型进行后续研究。分别建立社会打斗致观察性恐惧习得模型和足底电击致观察性恐惧习得模型,通过对比不同模型的稳定性及可重复性,发现足底电击致观察性恐惧习得模型可以稳定控制小鼠接受的应激强度,实验可重复性高,稳定强,且发现有先前类似电击经历的观察小鼠更易于获得观察性恐惧。故确定采用由观察电击刺激场景而引起的观察性恐惧习得模型用于后续研究。2.岛叶皮层参与观察性恐惧的表达为确定岛叶皮层在小鼠观察性恐惧习得行为中的作用,首先采用化学损毁的方式,损毁双侧小鼠岛叶皮层,发现在观察性恐惧习得过中小鼠的不动时间显著性升高。而后采用化学遗传学方法选择性抑制和激活岛叶皮层神经元活性。结果显示,与模型对照组相比,抑制岛叶皮层神经元活动后,在观察性恐惧习得训练阶段和恐惧记忆测试阶段观察小鼠的不动时间都显著性升高:而激活岛叶皮层对小鼠观察性恐惧习得行为没有影响。该实验结果表明,在观察性恐惧习得中,抑制小鼠岛叶皮层会显著性增强小鼠观察性恐惧的表达。进而,利用免疫荧光实验方法,发现观察性恐惧习得后,小鼠岛叶皮层神经元激活标记物c-fos总的阳性表达数目显著性降低,而抑制性GABA能神经元标记物——小清蛋白(Parvalbumin,PV)阳性神经元表达数目显著性升高。上述实验结果提示,岛叶皮层抑制性神经元可能参与了调节观察性恐惧的表达。3.岛叶皮层参与观察性恐惧的神经生物学机制研究为进一步探讨岛叶皮层参与小鼠观察性恐惧表达的神经生物学机制,采用离体多通道平面微电极阵列的实验方法,检测观察性恐惧习得后小鼠岛叶皮层神经元长时程增强(long-term potentiation,LTP)/长时程抑制(Long-term depression,LTD)的变化,实验结果表明,观察性恐惧习得后小鼠岛叶皮层的LTD显著性降低;LTP无明显改变。该实验结果提示岛叶皮层参与观察性恐惧的表达可能与岛叶皮层LTD损伤相关。LTD由瞬时Ca2+信号增强诱导,需要激活N-甲基-D-天冬氨酸受体(N-methyl-D-aspartate receptors,NMD A)引发Ca2+流入以触发突触后级联反应,从而降低突触效能。为研究岛叶皮层LTD损伤与NMDA受体的关系,实验采用Western Blot法检测小鼠岛叶皮层NMDA受体(NMDAR)相关蛋白表达水平的变化。结果表明,与对照组相比,观察性恐惧习得后,小鼠岛叶皮层NMDAR2B、NMDAR2A、NMDARN1无显著性变化。因此观察性恐惧习得可能不影响岛叶皮层NMDA受体的表达。4.结论综上所述,本研究通过建立观察性恐惧习得模型,发现岛叶皮层参与小鼠观察性恐惧的表达,抑制岛叶皮层活性可增强小鼠观察性恐惧的表达;观察性恐惧习得导致小鼠LTD损伤;岛叶皮层抑制性神经元活性增强可能是其参与共情样行为的潜在神经生物学机制。该研究为深入研究共情相关神经生物学机制提供了一个新的切入点,也为后续药物干预研究提供了新的思路。