學(xué)習(xí)是由經(jīng)驗依賴的神經(jīng)元功能可塑性介導(dǎo)的。盡管科學(xué)家們對體外的突觸和樹突可塑性有詳細的了解，但是在體內(nèi)學(xué)習(xí)引起的功能變化大多是通過使用以神經(jīng)元胞體（soma）為中心的方法，如單元記錄或胞體鈣離子活動成像來評估。然而，這些方法并不能揭示樹突信號傳導(dǎo)的復(fù)雜性及其受到局部神經(jīng)回路的調(diào)節(jié)。此外，樹突是功能獨立的亞細胞區(qū)室，它們動態(tài)地整合傳入的信息，從而影響神經(jīng)元的輸入-輸出功能，因此出現(xiàn)了這樣的問題：在學(xué)習(xí)過程中是否發(fā)生區(qū)室化的可塑性，以及在行為動物中哪些機制*終控制胞體輸出。
在一項新的研究中，為了研究體內(nèi)樹突功能和可塑性，來自瑞士弗雷德里希-米歇爾生物醫(yī)學(xué)研究所和巴塞爾大學(xué)的研究人員重點研究了外側(cè)杏仁核（lateral amygdal, LA），這是一個皮層下大腦結(jié)構(gòu)，是經(jīng)典聽覺恐懼條件反射（一種快速而強健的聯(lián)想學(xué)習(xí)形式）的核心。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2022年4月15日的Science期刊上，論文標題為“Compartmentalized dendritic plasticity during associative learning”。
在聽覺恐懼條件反射（auditory fear conditioning）過程中，聽覺條件刺激（auditory conditioned stimulus, 縮寫為CS，通常是純音或白噪聲）與厭惡無條件刺激（aversive unconditioned stimulus, 縮寫為US，通常是足底電擊）配對，這導(dǎo)致在聽覺突觸輸入到LA主神經(jīng)元（principal neuron, PN）上后誘發(fā)海扁活動（Hebbian activity）依賴的突觸強化（synaptic potentiation）。這一觀點近期被一些報道了類似比例的神經(jīng)元在恐懼條件反射時上調(diào)和下調(diào)它們的CS反應(yīng)的研究所擴展，這提示著恐懼學(xué)習(xí)涉及更多不同形式的可塑性。然而，這些研究依賴于胞體活動的測量，而樹突活動和可塑性在聯(lián)想學(xué)習(xí)（associative learning）期間尚未被探討。
為了對經(jīng)歷經(jīng)典恐懼條件反射的清醒小鼠大腦深處的杏仁核PN的樹突和胞體的活動進行成像，這些作者使用了基于梯度折射率透鏡的高分辨率雙光子顯微鏡進行了多天的觀察。他們發(fā)現(xiàn)感覺刺激誘發(fā)了受到表達靶向樹突的生長抑素（SST+）的中間神經(jīng)元調(diào)控的區(qū)室化樹突反應(yīng)。PN樹突的自發(fā)輸入受到SST+中間神經(jīng)元的抑制，而顯著感覺刺激（salient sensory stimuli）暫時減輕SST+中間神經(jīng)元介導(dǎo)的對PN樹突的抑制，這可能是通過VIP+中間神經(jīng)元進行的。在大多數(shù)情況下，這觸發(fā)了高度相關(guān)的胞體和樹突感覺反應(yīng)。然而，感覺輸入也可僅導(dǎo)致樹突反應(yīng)，而沒有伴隨的胞體輸出，這表明LA PN的樹突可以整合局部的聽覺輸入。
解除SST+中間神經(jīng)元介導(dǎo)的樹突抑制是在條件反射過程中放大樹突CS反應(yīng)所必需的，這與通過SST+中間神經(jīng)元解除抑制打開一個時間窗口的觀點是一致的，在這個時間窗口期間，CS輸入能夠在同時暴露于US時誘導(dǎo)聯(lián)想性的樹突可塑性。
恐懼條件反射誘導(dǎo)胞體CS反應(yīng)的雙向可塑性，這種雙向可塑性與行為水平的學(xué)習(xí)相關(guān)。平均來說，在胞體CS反應(yīng)上調(diào)或下調(diào)的神經(jīng)元中，樹突CS反應(yīng)增加。然而，恐懼條件反射調(diào)節(jié)也增加了給定神經(jīng)元的樹突樹（dendritic tree）上CS反應(yīng)的差異，這表明在學(xué)習(xí)過程中，并非所有樹突都經(jīng)歷了類似的可塑性水平。此外，顯示CS反應(yīng)上調(diào)的樹突棘（dendritic spine）更可能位于學(xué)習(xí)后CS反應(yīng)增加的樹突上。*后，即使CS反應(yīng)下調(diào)的神經(jīng)元的樹突CS反應(yīng)得到強化，它們的胞體反應(yīng)也因表達Parvalbumin（PV+）的中間神經(jīng)元介導(dǎo)的胞體周圍抑制（perisomatic inhibition）增強而減少，從而抵消了學(xué)習(xí)引起的突觸驅(qū)動的增加。
綜上所述，這些研究結(jié)果表明，LA PN以區(qū)室化方式局部整合樹突感覺輸入，而且恐懼條件反射誘導(dǎo)的樹突和胞體感覺反應(yīng)的可塑性并不偶聯(lián)在一起，即解偶聯(lián)。區(qū)室化的樹突整合和樹突可塑性與胞體可塑性的解偶聯(lián)都是由專門靶向樹突或胞體周圍區(qū)域---突觸后PN的兩個不同的亞細胞區(qū)室---的局部抑制性回路調(diào)節(jié)的。對區(qū)室化的樹突和胞體可塑性的調(diào)節(jié)增加了杏仁核回路的計算能力，可能增強了動物在面對危險時的行為靈活性。（生物谷 Bioon.com）
