Nature：遇到危险往哪跑？这条环路少不了

当面临掠夺性威胁时，逃生前往庇护所是动物的一种适应性行动，可对抗攻击者并提供长期保护。动物依靠对环境中安全位置的了解，本能地执行快速庇护所导向的逃生行动。尽管先前的工作已经确定了逃生启动的神经机制，但目前还不知道逃生回路是如何结合空间信息来沿着最有效的路径执行快速行为的。

近日，英国伦敦Sainsbury Wellcome神经回路和行为中心（SWC）Tiago Branco教授研究团队在Nature上发表研究，发现小鼠压后皮层（RSP）和上丘（SC）形成了一个环路，该环路编码庇护所导向行为，并且在逃跑过程中准确定向到庇护所是特别需要的。

庇护所方位的神经编码

为了研究小鼠逃往庇护所的导航，研究人员让小鼠探索一个有庇护所的圆形竞技场，并播放天生的威胁性声音刺激。这些威胁刺激可靠地引发了由头部旋转运动引发的向庇护所方向的逃逸行为[Fig.1a]。当动物探索竞技场时，同时记录RSP和SC脑区中的单个神经元活动，发现RSP和SC中的部分神经元的放电频率受到庇护所方向的调节[Fig.1b,c]。

接下来，将竞技场中的庇护所位置旋转了90°，发现神经元放电场随庇护所位置旋转，因此保持了其相对于庇护所位置的角度调谐轮廓[Fig.1e]，表明RSP和SC中的神经元特异性和动态地编码庇护所导向。

此外，研究人员在竞技场上增加了第二个相同的庇护所，但入口关闭并伴有一个明亮的LED。在这种情况下，调节到开放和封闭庇护所的RSP神经元比例相似，而SC神经元优先调节到开放庇护所[Fig.1e]，说明SC中的神经元优先编码逃逸行为显著位置最相关的方向。

Figure 1 RSP和SC神经元编码以自我中心的庇护所导向

依赖于RSP活性

由于RSP作为整合空间信息的枢纽，那么 SC中庇护所方向的表征可能取决于RSP的输入。通过化学遗传学选择性失活投射到SC的RSP神经元，发现RSP功能丧失导致SC向庇护所方向的神经元比例下降33%[Fig.2d]。

SC中解码庇护所方向的能力也受到了影响[Fig.2e]。此外，RSP神经元的功能丧失导致小鼠在逃逸的定向阶段出现更大的错误[Fig.2f,g]。这表明，SC中以自我为中心的庇护所导向取决于RSP的输入。

Figure 2 逃生过程中SC中的庇护所导向取决于RSP输入

RSP–SC环路的逃跑特性

SC定向于感觉刺激，RSP包含空间表征。因此，RSP–SC通路失活后观察到的行为表型原则上可能是这些已知功能受损的结果。首先，对投射到SC的RSP神经元化学遗传失活不会影响SC神经元的运动调节，并且线性判别分析解码（LDA）预测精度也没有差异[Fig.3a-c]。

这表明SC运动功能不受RSP–SC失活的影响，因此RSP功能丧失后，对急性感觉刺激的简单定向运动依然保持。相反，RSP–SC通路对于记忆驱动的目标定向是特定的，表明SC可能用于处理直接感官定向和定向到基于记忆的高阶目标。

Figure 3 RSP–SC失活后的定向和导航错误特定于逃逸行为

庇护所导向的机制

最后，研究人员通过光纤记录SC上单个神经元对RSP输入的反应。激活SC的RSP输入并记录兴奋性和抑制性SC神经元的放电频率，结果发现这两个细胞群的放电曲线明显不同：vGAT+神经元的放电率逐渐增加，但vGluT2+神经元的活性在约100 ms后下降并受到抑制，低于基线放电[Fig.4a-d]。说明两个SC神经元群之间可能存在前馈横向抑制性微环路。

通过示踪发现兴奋性和抑制性SC细胞确实接收RSP输入[Fig.4e]，电生理进一步表明RSP的活动应该在抑制性网络中产生更强的驱动力，因为vGAT+神经元具有更高的解剖学收敛性和更有效的突触整合。

Figure 4 RSP突触输入对SC vGAT+和vGluT2+神经元具有发散效应

结 论

本研究结果表明，RSP和SC在以自我为中心的参考框架中持续编码逃逸目标导向的行为。RSP神经元投射到兴奋性和抑制性SC神经元，但由于更高的收敛性和更有效的突触整合，对抑制性网络产生更强的驱动力。该结果中得出的模型可能代表了一种通用的大脑策略，即使用皮层输出来生成快速、准确的目标导向动作。

参考文献

Campagner, Dario et al. “A cortico-collicular circuit for orienting to shelter during escape.” Nature, 10.1038/s41586-022-05553-9. 21 Dec. 2022, doi:10.1038/s41586-022-05553-9

编译作者：Young（brainnews创作团队）

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