恐惧学习时的神经网络振荡性活动

如前所述，LA被认为是CS-US关联的储存位点。按此看法，恐惧记忆储存将包含活动依赖的、把CS信息带到LA神经元去的突触增强。这个增强是由于在发生恐惧条件反应时，CS和US的汇聚性去极化输入。虽然离体研究强调，为了LTP的诱导，突触前和突触后活性的密切相关是最有效的，但在做恐惧条件反应研究时，典型地未能满足这样一种实验程序上的需要。事实上多数恐惧条件实验是这样做的：先给予一个长时间的音调（20～30 s），当音调停止时，同时把短暂的脚底电击（≤1 s）也停掉。这种做法有点令人困惑，因为当音调刚开始时，LA神经元对音调的反应最强；随着时间的推移，它很快降低；在CS末了的时候，基本上已接近于给音调以前的放电频率。因此情况似乎是，当US到来的时候，LA神经元经历了比较少的音调诱发的去极化，这个结论明显地与离体LTP诱导机制的实验事实相矛盾［13］。

解答这个自相矛盾问题的可能性在于BLA的振荡活性能力。因为BLA神经元通过产生反复发生的短时去极化，能够表达振荡活性。在此期间，BLA神经元群体池活性与传入神经元同步，这种振荡可能允许突触可塑性的易化诱导，而只要增加很少一点放电频率就可以了。如同我们下面将要看到的，积累起来的证据表明，BLA神经元确实参与了这种振荡性活性，这种振荡倾向于在BLA神经元相互之间以及与传入神经元之间同步化，而不改变放电速率［13］。

以前的离体和活体细胞内研究展示，BLA神经元具有产生电压依赖的膜电位θ频率范围内振荡的内源性倾向。已经鉴定了两种类型的θ振荡，一是当膜电位接近放电阈值时看到的（图16-8A），这是由河鲀毒素（TTX）敏感的持久钠电导与M型钾电流之间的相互作用产生的。二是在超阈值膜电位时产生的，它来自节律性的高电压激活钙通道和钙依赖的钾电流之间的交互性影响。θ振荡受细胞内腺苷酸环化酶（AC）-cAMP系统的调节。cAMP的细胞内浓度增加，易化振荡活性的产生，其作用是通过调制SK型钾通道，也就是小电导钙激活钾通道［13］。

图16-8　杏仁基底外侧核的θ振荡（彩图见图版此处）

（A）活体LA神经元细胞内记录。通过向细胞内注射电流引起接近阈值的膜电位去极化（数值在右边），引起了内源性膜电位θ频率范围的振荡。（B）超反常睡眠时的BLA主细胞，展示了θ频率的节律性放电。B1为用同一微电极记录的单位放电（上）和LFP（下）记录，分别经过高通及低通数字过滤所获得的结果。（C）嗅周围区（C1）和内嗅区（C2）神经元的θ频率节律性放电。曲线获得的条件和（B）的一样。（D）在条件性恐惧回放的时候，LA和CA1区的同步化θ活性。当CS+诱发冻结的时候，LFP记录（D1）及它们的颜色编码功率谱（D2）演示LA和CA1两处都展示θ活性。D2的白色横杠表示CS的给予。D2上方的字母：f，冻结；r，危险评估行为。（E）条件性恐惧的短期、长期、远期回放时的LA-CA1活性，记录分别在2 h、24 h、30 d恐惧训练以后进行。E1：互相关图，表明在长时程（中间；来自D的记录）时出现θ同步化，但不是短时程或更长远时间。E2：在短的、长的以及更长远的时期，有明显增加的CS+诱发的冻结（灰色直方条，与CS-比，白色直方条），但仅在长时程记忆阶段伴有LA-CA1的同步化θ（黑色直方条）。（图引自［13］）

与这些事实相一致的是，在反常睡眠时的BLA，以及当由于预感到损伤刺激将要到来而强激醒时，可以看到θ频率的局部场电位（LFP）振荡，以及节律性单位活动（图16-8B）。虽然BLA神经元在θ节律振荡或回返活动（reverberate）中的内源性倾向很有可能在此现象中起一定作用，但还有另一个重要的贡献因素，那就是皮层野的θ振荡的产生，因为BLA和一些皮层野之间有交互性连接，如海马结构和嗅皮层［13］。

事实上，当恐惧记忆巩固或重新巩固时，海马CA1区和LA有同步的θ增加；而当远期记忆（图16-8D和E）及恐惧记忆消退时，有θ节律的减少。在LA的LFP记录中看到的θ活性，不像是来自邻近区域的容积传导，这有以下的理由：第一，LA和CA1之间的θ节律同步化仅仅发生于恐惧记忆的特定阶段，而不是当探索行为时的CA1区θ节律。第二，在不同的恐惧记忆阶段，脑区间的θ位相关系有特征性的变化。第三，LA神经元放电概率节律性地随着LFP的θ振荡而波动。以上发现与有些研究工作相一致，那些工作表明，海马回路参与早期学习；在遥远的记忆阶段，仅显示少量激活；而逆转梯度在前额叶皮层（PFC）的回路上被记载。在广阔的PFC、海马回路，这种θ搭乘（entrained）活性真的是被记录下来了。与上述相一致的是，当恐惧记忆回放及消退的时候，边缘下PFC活性位相锁定于CA1-LA的θ活性。结论是，为了在扩展、延长的海马-杏仁核-PFC网络中创造一个时间窗，θ同步化似乎是完成恐惧记忆巩固的一个重要组构原理［13］。

另一种使BLA主细胞及其靶细胞同步化的振荡活性是γ振荡（35～45 Hz）（图16-9A）。有理由相信，θ和γ振荡在BLA上是有关联的。的确，既在海马结构也在内嗅区、嗅周围区看到的θ振荡，都关联到周期性γ活性的θ频率幅度调制。由于这些脑区和BLA之间存在着强的相互连接，很有可能，在BLA上的两个振荡类似地关联着，但这仍有待于进一步的检验［13］。

图16-9　杏仁基底外侧核及其靶区的一致性γ振荡（彩图见图版此处）

（A）BLA和嗅觉皮层γ活性的同时LFP记录。（A1）显示A2记录位点位置的图解式。（A2）上及下曲线，分别显示原始记录及数据过滤的LFP（35～45 Hz）。（B）相关联的杏仁核-嗅皮层γ活性。（B1）功率谱波动：清醒状态时记录的长时程自发性场电位活性，记录以1 s窗口分成段。对于BL和内嗅（ER）记录位点，每个窗口用快速傅立叶转换进行计算，每个频率的功率与所有其他功率进行相关。（B2）γ相关。对于BLA和嗅周围皮层的记录位点，相关（y轴）作为与x轴频率相关的函数。（C）通过局部灌输蝇蕈醇以引起BLA活性抑制，产生了选择性的纹状体γ活性减少。（C1）25 min时间内蝇蕈醇缓慢地输入BLA时，在不同频率（y轴）时的纹状体LFP功率（颜色编码），作为时间（x轴）的函数。（C2）当生理盐水（黑）或蝇蕈醇（红）输入BLA的时候，γ功率（y轴）±SE（浅色曲线）作为时间的函数（x轴）。C1和C2之间的线段表示输液时间。（D）（E）BLA（D）及纹状体（E）的γ相关单位活性。围绕γ周期高振幅正峰单位活性的围事件（peri-event）分布图，所用记录电极为记录单位活性的同一电极。（F）γ振荡增加了BLA和纹状体神经元之间的耦合。（F1）互相关图，包括所有同时记录的BLA和纹状体的成对锋电位。（F2）互相关图，同一细胞对的单位活性，但排除了在低幅度γ时发生的纹状体锋电位。（图引自［13］）

有些实验观察提示，在BLA神经元相互之间以及与靶细胞之间的同步化方面，γ振荡起关键性作用。例如，同时记录的BLA和嗅皮层LFP，其功率波动更强地关联着γ范围的振荡，比之其他频率范围（图16-9B1）。类似地，BLA和嗅皮层或纹状体LFP的一致性，在γ范围最高，比之其他频率。与此相对比的是，来到纹状体的其他重要来源例如丘脑板内核和大脑皮层的输入，并不显示出优先耦合到γ频率。这些结果提示，有关联的γ活性代表着BLA与靶结构的相互作用的生理学特征和印记［13］。

有两方面证据表明，在BLA上看到的γ活性，并非从邻近脑区经容积传导而来，而真的可能是BLA内自己产生的。第一，BLA神经元的放电概率和γ振荡相配合，作节律性波动（图16-9D）。第二，BLA内局部注射GABAA受体拮抗剂蝇蕈醇，在靶（脑）结构的LFP上产生显著的、频率选择性的γ功率减少（图16-9C）。在BLA上，典型的γ活性是由2～6次相继高振幅周期变化组成的短爆发形式，在此期间没有总放电频率的增加，而仅有放电时间的变化。重要的是，当γ功率增强时，显示BLA神经元之间以及BLA和靶神经元之间的功能性耦合有所增加（图16-9F）［13］。

虽然BLA的γ振荡在恐惧条件反应中的含义还没有被很好地考察，但是在不同形式的有欲望性的学习程序中，显示了这些振荡可以协调BLA神经元的活性和靶结构的活性。例如，在一个被认为是依赖于海马的欲望性痕迹条件作业中，BLA和嗅皮层的CS诱发γ振荡功率的增加，它平行于行为实施的改善。类似地，在被认为是依赖于纹状体的分辨性刺激-反应作业中，相应于奖酬CS的BLA-纹状体γ耦合选择性地发生增加，并与学习改善相平行［13］。

总之这些结果提示，在BLA和相关结构中产生的相关联振荡活性，可能参与了恐惧的条件反应，以及条件反应的消退。通过产生短的反复发作时间窗口，BLA细胞群以及它的靶神经元发生同步放电，这些振荡可以易化突触可塑性的诱发，只需很少或没有放电频率的变化。此外，BLA的编码并不需要大体活性的增加，而只要改变神经元同步化这个事实，强调了同时记录多个神经元活动的重要性。用这种方法获得了有关支持恐惧记忆和消退机制的知识［13］。

杏仁基底外侧核（BLA）的振荡性活动，对于情绪行为是关键性的。有评论认为，J. M. Stujenske等所描述的BLA振荡活动，关联到条件性恐惧和与生俱来的恐惧θ-γ耦合神经元振荡的新动力学（图16-10）［16］。

图16-10　恐惧和安全时mPFC-BLA-vHPC的θ-γ动力学（彩图见图版此处）

（a）根据Stujenske等的资料，听觉恐惧记忆的回收增加了内侧前额叶皮层（medial PFC，mPFC）、BLA、腹侧海马（ventral hippocampus，vHPC）之间的θ同步化。高的mPFC-BLA的θ同步化，导致了BLA局部的θ-γ耦合增加，mPFC和BLA的γ功率减少（图中小号希腊字母γ）。（b）Stujenske等的资料也提示，在安全状态时（把CS提供给有辨别能力的小鼠），有来自mPFC的较强θ输入到达BLA，这促进了mPFC和BLA的γ功率与mPFC的θ位相有较高程度耦合。这个又转过来触发了较高的γ功率（图中大号希腊字母γ），以及mPFC和BLA之间的同步化。（c）作者推测，vHPC的γ振荡可能在情景相关恐惧条件反射的实验程序中起作用。安全状态可以被一种有区别性的小鼠代表。当它暴露于某种情景底下，这个情景预计不会有电击到来。来自mPFC到BLA和vHPC的较高θ输入可能增强所有这3个结构的γ功率及同步化。这个小图里面的振荡性相互作用用虚线表示，因为仅是一个假设性看法。（图引自［16］）

以上就是根据Stujenske等的研究，有人勾画的杏仁核振荡活动的意义［16］。