对新环境的探索可以帮助物种从未知环境中收集信息或资源，从而确保生存和进化适应性，这一行为在整个物种间是高度保守的【1】。探索行为对于动物发现和占有新领土以及寻觅水和食物资源至关重要，例如，鸟类在选择筑巢地点之前先探索该领土【2】。有研究表明，各种各样的物种都会使用特定的位置，有时也称为“本垒”，作为动物开始和终止探索之旅的战略参考点。在探索中，可以将“本垒”视为已知和未知地点界面之间探索活动的起源，是理解其总体结构和组织的关键因素。与动物探索活动的其他区域相比，这些位置的行为停滞（arrest）频率更高【3】。探索中的自发性停滞不同于冻结反应（freezing response），因为它们是瞬时的，是在熟悉的地方自愿发生的，并且不受任何明显的刺激触发【4】。这种自行启动（self-paced）的停滞类型对于在安全熟悉的地方思考准备下一次探索之旅可能至关重要。
诸如停滞之类的探索行为取决于对环境的了解，介导这种行为的神经环路能够整合依赖于经验的情境信息，并利用它来选择适当的行为输出。杏仁核（amygdala）的主要输入结构，即基底外侧核（basolateral nucleus, BLA），已被证明参与食物奖赏和厌恶刺激相关的情境信息的学习以及通过中央杏仁核（central amygdala, CEA）表达运动防御行为【5,6】。先前已有研究表明，杏仁核在整合人类和猴子的新颖或熟悉的感觉刺激中发挥广泛作用，BLA的病变损伤了对熟悉情境的认识，并影响旷场内的探索运动【7】。基于上述研究，基底外侧核和中央杏仁核是否参与探索活动中的停滞行为尚不清楚。
2020年10月7日，来自哥伦比亚大学Zuckerman Mind大脑行为研究所的Rui M. Costa课题组在Cell杂志上发表了一篇题为 An Amygdala Circuit Mediates Experience-Dependent Momentary Arrests during Exploration 的文章，在这项研究中，作者开发一种用于研究小鼠探索活动中瞬时停滞行为机制的新型实验，通过行为分析、环路映射、单细胞钙成像以及闭环光遗传学手段，提供介导经验依赖性的瞬时停滞行为的BLA神经元群体的激活和投射证据，表明BLA-CEA环路可以作为新颖/熟悉情境的检测器和效应器，用于基于空间位置的熟悉程度来生成自定进度的行为停滞，这一响应对于动物对未知环境进行安全有效的探索是至关重要的。
首先，作者通过分析小鼠连续五天从熟悉的直径为20cm的旷场出发，自发性探索直径100cm的旷场行为（见图1），进入次数保持固定，但探索活动的持续时间和延伸区域在五个实验日内逐渐增加。为了检测在此分析中BLA兴奋性椎体神经元的活性，作者使用在BLA神经元表达Cre重组酶的NL189系小鼠，并在NL189 Cre+动物的BLA中注射表达GCamp6f的条件性AAV病毒后，植入梯度折射率透镜，使用微型化单光子荧光显微镜在1435个NL189BLA神经元中成像五天，以自由探查动物的神经元钙活性。结果显示大量的NL189BLA神经元在动物速度降低的瞬间，瞬时活性增加，即NL189BLA神经元的活性与动物速度呈负相关。
图1. 行为学检测示意图
为测试NL189BLA神经元的活性是否与行为停滞存在因果关系，作者向BLA中注射表达光敏感通道蛋白hChR2和YFP的条件性AAV病毒。通过闭环光遗传激活NL189BLA神经元可以明显降低测试动物的活动速度，刺激后行为停滞显著增加，而相同的刺激方案没有引起对照动物相应的任何变化。为进一步阐明更长的激活时间是否会导致长时间的冻结样停止而非瞬时停滞，作者使用具有不同刺激长度（10ms至2s）的方案对NL189BLA神经元进行光遗传激活，小鼠停滞时长均小于1s且方案之间没有明显差异，表明这些神经元中的激活有助于激发瞬时停滞，但不能导致长时间静止或冻结样行为。
在这项行为分析中，作者发现小鼠在熟悉的20cm旷场中五天内的停滞次数保持不变，而在100cm的旷场中探索性停滞在五天内有所增加，且探索性停滞的增加与探索之旅的次数有关，在第26次探索之旅中，开始出现自愿停滞，截至当时已探查75.81％±7.485％的区域。这些数据表明，在自愿进行探索性停滞之前，需要一定的对环境熟悉程度的累积，并且小鼠往往会优先停滞在先前探索过及停滞过的位置，与此同时，在这期间NL189BLA神经元的数量和活性都明显增加。
先前研究表明，对杏仁核和CEA的主要输出结构进行电刺激和光遗传刺激，会引起非条件性静止和行动距离缩短【8】。基于此，作者研究了NL189BLA神经元向CEA的特定投射是否可以编码并直接引发行为停滞。首先证实，CEA中NL189BLA神经元的纤维密度高于其他输出结构。在切片记录中使用光遗传学刺激，可以发现从BLA到不同CEA神经元群体的强健兴奋性传出神经纤维很可能参与触发行为停滞。为研究NL189BLA-CEA神经元在短暂停滞期间是否活跃，作者在行为分析中对七只小鼠进行单细胞钙成像。大量钙成像显示， NL189BLA-CEA神经元的整体活性在发生停滞行为时瞬时升高。
由于已知CEA与冻结样行为相关，那么参与探索停滞与参与冻结反应的是否是同一批神经元呢？在进行条件性恐惧实验（fear conditioning）后一天，能够诱发30-s CS+（conditioned stimulus）冻结行为发作，与探索停滞行为相比，少于50％的NL189BLA-CEA神经元在冻结样发作时活跃，且有约30％的NL189BLA-CEA神经元被负向调节。与此相反，在探索性停滞中大多数NL189BLA-CEA神经元是正向调控的而几乎没有负向调控的神经元。这些数据表明，停滞期间活跃度增加的NL189BLA-CEA神经元与冻结期间活跃度增加的神经元不一一对应。
图2. 条件性恐惧实验设置示意图，及探索停滞行为和冻结样行为活跃神经元分析比较
总的来说，这项研究显示 NL189BLA神经元通过投射到CEA来控制探索行为中动物的运动速度和瞬时停滞。随着探索进度跟进，该神经元群体的募集以经验依赖性的方式增加，而NL189BLA神经元的暂时性功能丧失会导致瞬间停滞的抑制，且这些停滞与焦虑和恐惧行为无关。动物在这些停滞点开始和终止探索性旅程并在停滞后改变了头部朝向和运动轨迹的方向，因此在熟悉的位置进行短暂停滞可能是替代性尝试错误（vicarious trial and error）行为的决策点。
综上所述，这些结果揭示杏仁核作为新颖性/熟悉性检测器以及作为效应器环路的双重作用，其具有基于探索行为期间的空间经验来驱动或抑制自发运动的能力，这对于动物在自然界中安全有效的探索未知环境是十分必要的。
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参考文献
1. Fonio, E., Benjamini, Y., and Golani, I. (2009). Freedom of movement and the stability of its unfolding in free exploration of mice.Proc. Natl. Acad. Sci. USA106, 21335–21340.
2. Freire, R., Appleby, M.C., and Hughes, B.O. (1996). Effects of nest quality and other cues for exploration on pre-laying behaviour.Appl. Anim. Behav. Sci.48, 37–46.
3. Benjamini, Y., Fonio, E., Galili, T., Havkin, G.Z., and Golani, I. (2011). Quantifying the buildup in extent and complexity of free exploration in mice.Proc. Natl. Acad. Sci. USA108, 15580–15587.
4. Roseberry, T., and Kreitzer, A. (2017). Neural circuitry for behavioural arrest. Philos.Trans. R Soc. Lond. B Biol. Sci.372, 20160197.
5. Beyeler, A., Chang, C.J., Silvestre, M., Le ´ ve ˆ que, C., Namburi, P., Wildes, C.P., and Tye, K.M. (2018). Organization of Valence-Encoding and ProjectionDefined Neurons in the Basolateral Amygdala.Cell Rep.22, 905–918.
6. Terburg, D., et al. (2018). The Basolateral Amygdala Is Essential for Rapid Escape : A Human and Rodent Study Article The Basolateral Amygdala Is Essential for Rapid Escape : A Human and Rodent Study.Cell175, 723– 735.e16.
7. Farovik, A., Place, R.J., Miller, D.R., and Eichenbaum, H. (2011). Amygdala lesions selectively impair familiarity in recognition memory.Nat. Neurosci.14, 1416–1417.
8. Botta, P., Demmou, L., Kasugai, Y., Markovic, M., Xu, C., Fadok, J.P., Lu, T., Poe, M.M., Xu, L., Cook, J.M., et al. (2015). Regulating anxiety with extrasynaptic inhibition.Nat. Neurosci.18, 1493–1500.
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