NB王立平及陈霖院士团队发现视觉拓扑改变可削弱恐惧感

来历：脑科学与脑技能

近来，中国科学院深圳先进技能研讨院脑认知与脑疾病研讨所王立平团队与中国科学院生物物理所陈霖院士团队的最新研讨成果“拓扑改变削弱小鼠对视觉要挟的天性防护反响”（Topological Shape Changes Weaken the Innate Defensive Response to Visual Threat in Mice）正式宣布在Neuroscience Bulletin期刊上。深圳先进院脑所的黄艳、李蕾副研讨员为文章一起一作，黄艳副研讨员和王立平研讨员为文章一起通讯作者。

当老鹰向小鼠扑来时，小鼠会发作天性的逃跑或冻僵的防护性行为。这种对要挟性影响的天性防护反响关于物种的生计至关重要。试验室一般用上视界迫临的暗影视觉影响（looming）来模仿老鹰突击的场景。

王立平团队前期，应用光遗传学，神经环路示踪，药物遗传学，神经电生理等技能手段已别离解析了介导视觉风险影响诱导冻僵[1]及逃跑样天性惊骇行为反响[2]的神经环路机制 ，一起发现捆绑等恶性影响[3]与温顺抚触下的感感觉输入[4]，能够加强或许削弱天性惊骇反响行为。

什么样的视觉信号代表风险？幻想一下，一个巨大的陨石向你快速袭来，你十分惧怕，半途陨石忽然变成了一个甜甜圈，然后又变回陨石，你本来对陨石发作的激烈惊骇感是不是削弱了许多？

从陨石到甜甜圈的这种形变正是拓扑改变。拓扑学也被形象地称为橡皮薄膜上的数学。一张橡皮薄膜在恣意接连形变（除了撕破，撕裂和张贴）的过程中拓扑性质坚持不变，而薄膜被扯破呈现洞的时分拓扑性质就发作了改变。

早在1982年的一篇Science文章[5]中，陈霖院士初次提出物体的拓扑性质是视觉体系首先抽提的一种根本特点，并证明了人类视觉对拓扑改变十分的灵敏。然后几十年里很多的行为试验支撑了这一观念，但是拓扑性质加工的神经机制并不清楚。之前的人的磁共振成像研讨[6]标明影响在认识下呈现时，“洞”这种拓扑性质通过皮层下的上丘和丘脑枕加工。

图1. 皮层下视觉通路假定

风险性视觉影响和拓扑性质都通过上丘加工。一个是对生计至关重要的惊骇防护反响，一个是物体的一种最根本特点。咱们忍不住发作这样的疑问：他们在上丘的加工是否有堆叠和相互影响？

图2. 拓扑改变削弱小鼠的天性防护反响

黄艳、李蕾等人规划了这样的试验：在风险性的looming影响中参加时间短的（80毫秒）拓扑改变，调查小鼠的防护反响。他们发现，小鼠逃回窝的反响时间显着地变长了，阐明小鼠的惊骇反响显着地削弱了；一起他们还调查到其他非拓扑改变的几许形变不会影响小鼠的防护反响。进一步地，他们用c-fos染色调查到上丘的细胞激活数量也显着减少了，提示拓扑改变确实影响了上丘对风险性视觉影响的加工。

拓扑改变的检测是否也是发作在上丘呢？黄艳等人又给予小鼠非要挟性的影响图片，影响图片发作拓扑或其他几许形变，他们调查到拓扑改变激活的上丘的细胞要显着少于其他几许形变激活的细胞，这阐明拓扑性质的加工确实发作在上丘。

图3. 拓扑改变激活的上丘的细胞要显着少于其他几许形变激活的细胞

拓扑性质是视觉体系首先抽提的一种根本特点，这一假定在风险性视觉影响的加工中相同建立。再风险，也得先看看有没有“洞”！

很多的精神疾病如精神分裂症被报导惊骇信息的处理反常。此外，拓扑性质加工反常也与精分等精神疾病有密切关系。这一发现将有助于深化了解精神疾病的发作机制，为疾病的前期筛查、客观确诊和干涉战略供给新的研讨思路。

参考文献：

[1]. Wei, P., Liu, N., Zhang, Z., Liu, X., Tang, Y., He, X., Wu, B., Zhou, Z., Liu, Y., Li, J., Zhang, Y., Zhou, X., Xu, L., Chen, L., Bi, G., Hu, X., Xu, F., & Wang, L. (2015). Processing of visually evoked innate fear by a non-canonical thalamic pathway. Nature Communications, 6, 6756. https://doi.org/10.1038/ncomms7756

[2]. Li, L., Feng, X., Zhou, Z., Zhang, H., Shi, Q., Lei, Z., et al. (2018). Stress accelerates defensive responses to looming in mice and involves a locus coeruleus-superior colliculus projection. Current Biology, 28: 859–871.

[3]. Zhou, Z., Liu, X., Chen, S., Zhang, Z., Liu, Y., Montardy, Q., … Li, L. (2019). A VTA GABAergic Neural Circuit Mediates Visually Evoked Innate Defensive Responses. Neuron, 103(3), 473.

[4]. Liu, X., Chen, C., Liu, Y., Wang, Z., Huang, K., Wang, F., & Wang, L. (2018). Gentle Handling Attenuates Innate Defensive Responses to Visual Threats. Frontiers in Behavioral Neuroscience, 12, 239.

[5]. Chen, L. (1982). Topological structure in visual perception. Science, 218(4573), 699–700. https://doi.org/10.1126/science.7134969.

[6]. Meng, Q., Huang, Y., Cui, D., He, L., Chen, L., Ma, Y., & Zhao, X. (2018). The dissociations of visual processing of “hole” and “no-hole” stimuli: An functional magnetic resonance imaging study. Brain and Behavior, 8(5), e00979