血清素（5-HT）是一种在中缝核中产生并释放在整个大脑的神经递质，参与情绪行为、奖赏、攻击、社交、学习记忆等多个行为。
小鼠中缝背核（DRN）约存在9000个5-HT能神经元，形成不同功能、不同投射、不同发育轨迹的亚群。已有研究表明存在编码奖赏和厌恶信息的不同5-HT能神经元亚群。
2022年6月13日哥伦比亚大学Bradley R. Miller研究团队发现在进行多个行为学时，DRN-5-HT神经元群通过单细胞水平的高度混合选择性和投射神经环路功能的偏倚性实现选择性响应情绪相关的行为。
图1：单细胞水平追踪行为学中DRN-5-HT能神经元活性
Miniscope实现单细胞水平的钙离子成像，发现在小鼠舔舐糖水溶液过程中DRN-5-HT能神经元群钙离子水平明显增加，其中59%DRN-5-HT能神经元为“兴奋性”的（在舔舐过程中钙离子水平增加不是随机发生的），7%DRN-5-HT能神经元为“抑制性”的。
图2：DRN-5-HT能神经元对糖水消耗行为高度相关的神经元群
进一步分析将这些神经元群分为三类：适应性的、兴奋性的DRN-5-HT能神经元（神经元能够持续响应糖水消耗过程）、非适应性的、兴奋性的DRN-5-HT能神经元（神经元能够不持续响应糖水消耗过程）、非选择性神经元群。
DRN-5-HT能神经元可编码正向价值或情绪价值信息。研究人员在对小鼠进行苦味剂、水、不同浓度的蔗糖溶液测试后，对苦味剂溶液消耗量最少，对蔗糖溶液的消耗量最多。若DRN-5-HT能神经元编码正向价值，其神经元反应与上述溶液消耗率成正比；若DRN-5-HT能神经元编码情绪价值信息，其在消耗苦味剂或糖水溶液中的神经元反应强于消耗水溶液。
钙离子成像技术发现小鼠在消耗苦味剂或糖水溶液时DRN-5-HT能神经元钙离子水平明显高于饮水时引起的钙离子水平变化，这就表明DRN-5-HT能神经元偏好编码情绪价值信息。
通过类似的单细胞钙成像技术，研究人员将小鼠在足底电击、高架十字迷宫、社会接触等行为中揭示了类似的行为学相关的神经元群。为了进一步弄清楚DRN-5-HT能神经元编码行为信息的网络逻辑，他们进行多个行为学测试，揭示了DRN5-HT神经元之间存在高度混合选择性和功能异质性。
图3：单细胞水平多行为学中DRN-5-HT神经元特点
更具体来说，对于响应高度厌恶(足底刺激)和高度奖赏性（糖水消耗）行为的DRN-5-HT神经元群具有独立性，同时响应上述两种行为的比例较少。而在高架十字实验和足底电击或社会接触和足底电击等配对行为学中同时响应的神经元比例较多。
DRN-5-HT神经元可广泛投射到大脑多个区域：主要编码负性情绪的终纹床核（BNST）和编码奖赏信息的腹侧被盖区（VTA）。DRN-5-HT→BNST投射神经元和DRN-5-HT→ VTA投射神经元在响应行为上并不是特异性的，可同时参与多个行为。
图4：DRN-5-HT→ BNST投射神经元和DRN-5-HT →VTA投射神经元调控多个行为学
在糖水消耗实验中DRN-5-HT→ BNST投射神经元响应的比例为27%，而在DRN-5-HT →VTA投射神经元这一比例为62%；在首次接触陌生小鼠中DRN-5-HT→BNST投射神经元响应的比例为77%，而在DRN-5-HT→VTA投射神经元这一比例为40%；在足底电击实验中DRN-5-HT→BNST投射神经元响应的比例为63%，而在DRN-5-HT→VTA投射神经元这一比例为40%。
但是VTA投射神经元对糖水消耗高度响应，而BNST投射神经元对足底电击高度响应，与这两个脑区调控的功能密切相关。
总的来说，本文通过单细胞水平钙离子成像揭示了与行为学高度相关的中缝背核5-HT神经元亚群，这些神经元群及其投射到其他脑区的神经元群异质性和同质性的介导5-HT神经元广泛调控多个行为。
【参考文献】
1. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.05.015
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