Nature子刊：徐天乐/李伟广/张思宇等合作揭密好坏情绪“一键切换”

情绪情感活灵活现、多式多样，是美好生活必不可少的组成部分，更是人类和动物趋利避害、生存繁衍和社会交往的重要保障【1】。情绪有好坏之分，好情绪（也称正性情绪）促进人类健康生活和生存发展，坏情绪（也称负性情绪）则与多种脑重大疾病密切相关。大脑对好坏情绪的识别、加工及其不同情绪转换的神经机制【2】是脑科学领域最迷人的研究方向之一。

2022年9月21日，上海交通大学基础医学院、国家儿童医学中心（上海）儿童脑科学中心徐天乐教授团队、张思宇研究员团队，与复旦大学脑科学转化研究院李伟广研究员等合作在Nature Communications在线发表题为“Insular cortical circuits as an executive gateway to decipher threat or extinction memory via distinct subcortical pathways”的研究论文。

该研究综合借助神经科学前沿技术手段，针对威胁性恐惧记忆和安全性消退记忆协调、平衡表达的神经机制，在大脑岛叶皮层发现了分别负责表征与恐惧记忆相关的负性情绪以及与消退记忆相关的正性情绪神经元集群，并阐释了两种情绪记忆神经元集群在“皮层间-皮层内-皮层下”等不同层面的神经环路组织规律，为理解负性情绪和正性情绪之间的相互作用与动态转换、提升对情绪记忆复杂性本质的认识提供了重要的理论依据。

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在该研究中，徐天乐团队等聚焦与恐惧记忆相关的负性情绪以及与消退记忆相关的正性情绪【3】，围绕多模态感觉整合中枢——岛叶皮层【4】，致力于解析两种相反情绪加工的神经元集群，并进一步阐释跨脑区神经元集群建构情绪记忆神经环路的组织原则【5】。

研究人员利用神经活性捕捉标记【6】结合神经环路投射示踪手段，发现恐惧记忆和消退记忆都在岛叶皮层（insular cortex, IC）进行存储；恐惧记忆神经元集群优先投射至中央杏仁核（central amygdala, CeA）脑区，而消退记忆神经元集群则主要投射至伏隔核（Nucleus accumbens, NAc）脑区；两群IC投射神经元在解剖上互不重叠。

研究人员借助光遗传学和在体光纤记录技术，发现IC-CeA投射神经元存储和表达恐惧记忆，编码负性情绪；IC-NAc投射神经元存储和表达消退记忆，编码正性情绪。

在内在生理属性方面，研究人员发现负责编码恐惧情绪的IC-CeA投射神经元基础状态下兴奋性更高，为理解恐惧记忆相关负性情绪的牢固性提供了支持证据。更有意思的是，IC-CeA和IC-NAc投射神经元集群之间还存在记忆行为依赖的交互抑制，构成为机体切换正负情绪的环路机制。

研究人员借助逆向跨单突触示踪技术，在全脑范围内追踪了两群IC投射神经元集群的上一级神经元，发现负责高级认知功能的额叶皮层（如眶额皮层，orbitofrontal cortex, OFC）对IC消退记忆神经元集群进行自上而下的偏向性控制，从而选择性地驱动特定记忆的表达。

总之，该研究鉴定了IC内部分别负责正性和负性情绪的神经元集群，建立了皮层内部相反情绪记忆神经元集群依赖于不同皮层下途径且同时受到额叶皮层“自上而下”控制的多级环路协同控制的组织规则（见插图），为理解情绪动态转化的神经环路计算原理提供了全新的认识。

插图：恐惧和消退记忆分布式存储的“皮层间-皮层内-皮层下”环路组织规律。

上海交通大学基础医学院博士后王琪和致远学院生物医学科学专业本科生朱佳杰为该论文的共同第一作者。复旦大学脑科学转化研究院李伟广研究员和上海交通大学基础医学院张思宇研究员以及徐天乐教授为该论文的共同通讯作者。

原文链接：

1. Elfenbein HA. Emotion in organizations: theory and research. Annu Rev Psychol doi: 10.1146/annurev-psych-032720-035940 (2022)

2. Li H, Namburi P, Olson JM, Borio M, Lemieux ME, Beyeler A, Calhoon GG, Hitora-Imamura N, Coley AA, Libster A, Bal A, Jin X, Wang H, Jia C, Choudhury SR, Shi X, Felix-Ortiz AC, de la Fuente V, Barth VP, King HO, Izadmehr EM, Revanna JS, Batra K, Fischer KB, Keyes LR, Padilla-Coreano N, Siciliano CA, McCullough KM, Wichmann R, Ressler KJ, Fiete IR, Zhang F, Li Y, Tye KM. Neurotensin orchestrates valence assignment in the amygdala. Nature 608(7923): 586-92 (2022).

3. Zhang X, Kim J, Tonegawa S. Amygdala reward neurons form and store fear extinction memory. Neuron 105(6):1077-93 (2020).

4. Klein AS, Dolensek N, Weiand C, Gogolla N. Fear balance is maintained by bodily feedback to the insular cortex in mice. Science 374(6570):1010-15 (2021).

5. Tye KM. Neural circuit motifs in valence processing. Neuron 100(2): 436-52 (2018).

6. Guenthner CJ, Miyamichi K, Yang HH, Heller HC, Luo L. Permanent genetic access to transiently active neurons via TRAP: targeted recombination in active populations. Neuron 78(5): 773-84 (2013).