【文献解读】颞叶联合皮层在听觉触发的母体可塑性中的重要作用

        动物之间的社交互动对物种的生存和繁衍至关重要，在社交过程中视觉信息、肢体互动语音及触觉都携带特定的信息，驱动着动物对特定环境的反应行为。最近研究发现皮层的特定细胞类型调节小鼠的抚育行为，幼鼠能发出超声信号(Ultrasonic Vocalization, USV)与母鼠交流，并且在雌鼠转变为母鼠的过程中，初级听觉皮层（primary auditory cortex, A1）发生明显的可塑性改变，但母鼠对USV响应的脑区和神经元，目前还不清楚。

        活性类群靶向重组工具（targeted recombination in active populations, TRAP），是将CreER^T2敲入Fos启动子后面，通过结合Cre依赖的携带目的基因的病毒，进行特定时间区间内活性神经元集群的标记。正常情况下刺激活化的神经元表达CreER^T2被锁定在细胞质，当给予他莫昔芬或其代谢产物如4-OHT，CreER^T2解离出来入核介导目的基因在细胞中的表达。

        研究人员利用TRAP技术寻找母鼠对USV响应的脑区，发现相对于没有接受声音信号的母鼠（NS-TRAP），接受USV信号的母鼠（USV-TRAP）的A1和颞叶联合皮层（temporal association cortex, TeA）脑区活性神经元大量增加。
 

        于是研究人员利用TRAP结合神经元单突触逆行病毒示踪技术（RV-EnVA-△G），分别研究A1和TeA脑区USV响应神经元的上游脑区。研究发现A1脑区的USV响应神经元（starter cell）接收BF、MGv等个别脑区的传入信号，但TeA脑区的USV响应神经元接收广泛的神经元投射，其上游包括A1、BF、CA1、LA等的众多脑区。
 

        接下来，研究人员研究对比NS-TRAP组、WC-TRAP组（幼鼠扭动身体的声音）和USV-TRAP组，发现在TeA脑区的starter cell在以上三组并没有显著差异。进一步使用收敛指数（CI）来定义starter cell的输入神经元，通过单突触示踪发现，TeA脑区的USV-TRAP组的starter cell接收更多的输入信号。接着通过泊松分布确定了A1脑区USV响应神经元和TeA脑区的USV响应神经元之间存在优先选择性的连接。
 

        接着研究人员又建立了母鼠寻幼鼠回巢的行为学方法。正常情况下母鼠依靠幼鼠发出的USV定位幼鼠，并将其带回巢穴。如下如所示，前三次测试母鼠已经能根据USV分辨幼鼠的位置，在第四次测试中，母鼠会更倾向于进入带有USV信息的地方。
 

        研究人员采用TRAP结合化学遗传学的研究方法，在TeA脑区标记出USV响应神经元后，采用DREADD技术沉默该神经元，行为学研究发现，相比于对照组、WC-TeA和UPT-TeA（纯粹的超声），沉默TeA脑区USV响应神经元（USV-TeA）降低小鼠进入USV位置的偏好。同样的，沉默A1脑区USV响应神经元（USV-A1）也能降低母鼠进入USV位置的偏好。
 

        研究人员将雌鼠头部固定后在清醒条件下，采用多通道在体电生理技术同时记录A1和TeA两个脑区的神经元电活动。发现相比于NBN（与USV频率相似的窄带噪音）和UPT，母鼠和雌性小鼠A1和TeA两个脑区在USV条件下自发放电频率明显增加。

        为了确定神经元是否对USV反应具有偏好性，研究人员采用偏好指数（PI）研究神经元对不同信息的偏好程度，发现相比于NBN和UPT，雌性小鼠的A1脑区神经元更偏好于对USV信息的响应，但在母鼠A1脑区神经元对USV的偏好下降。而在雌鼠向母鼠的角色转换中TeA脑区产生相反的效应，母鼠TeA脑区神经元更偏好于对USV信息的响应。
 

        为了确定神经元对声音的可分辨性，研究人员采用空间中神经元响应的欧几里得距离进行研究，发现相比于雌性小鼠，母鼠TeA脑区USV和NBN之间的平均距离和累计距离均增加，说明母鼠TeA脑区神经元对USV具有高分辨性。最后研究人员发现在雌性小鼠和母鼠中，A1脑区神经元对USV和其他刺激均有很高的响应，但是在TeA脑区，母鼠的神经元对USV的响应要大于其他刺激的响应。
 

        总而言之，本文结合活性类群靶向重组工具（TRAP）、单突触逆行示踪标记、化学遗传学和在体多通道电生理等技术，揭示了在雌性小鼠向母鼠的转变过程中，TeA脑区在感知和编码幼鼠声音信息中的关键作用。

图片来源：Neuron

原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32473095/
 

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