以下文章来源于逻辑神经科学 ，作者课题组

撰文︱课题组

孤独症谱系障碍（autism spectrum disorder，ASD）是一类常见的神经发育障碍，严重影响儿童和青少年的心理健康与社会功能。目前，关于ASD发病机制的研究多聚焦于某单一症状，而从多症状整合角度理解ASD脑内信息加工异常的研究仍然不足。许多患儿在社交障碍的同时伴有注意力难以维持或分配的问题。这说明，社交与注意力并不是完全孤立的功能，它们可能受到部分共同脑区的调控。

前扣带回皮层（anterior cingulate cortex，ACC）是大脑额叶中的重要区域。它可以整合来自多个脑区的信息，既往研究已经提示，ACC参与社交、注意、情绪和疼痛等过程。然而，ACC如何协同调控社交和注意两类行为，以及不同功能是如何通过下游环路实现的，目前仍不清楚。

近日，西安交通大学第一附属医院脑科学研究中心李燕教授和精神科马现仓教授团队于Science Advances在线发表研究论文“Parallel anterior cingulate cortex pathways underlie dissociable social and attentional outputs”。该研究发现，ACC中存在两个功能不同的谷氨酸能神经元亚群：投射至未定带（zona incerta，ZI）的ACC神经元主要调控社交行为；投射至丘脑网状核边缘区（limbic sector of the thalamic reticular nucleus，lTRN）的ACC神经元主要调控注意行为。在Shank3b^-/-孤独症模型小鼠中，这两条环路均出现异常，靶向干预对应环路可以分别改善社交障碍或注意缺陷表型，该研究为未来精准干预相关症状提供了重要思路。

一、ACC^CaMKII神经元参与调控社交互动和注意行为

研究团队分别采用直接社交实验（Social Interaction Test,SIT）及五选择序列反应时任务（Five-Choice Serial Reaction Time Task，5-CSRTT），检测钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ阳性ACC(ACC^CaMKII）神经元是否在社交和注意任务中被激活。在SIT中，小鼠接近并探索同伴时，ACC^CaMKII神经元活性显著升高。在5-CSRTT实验中，经过训练的小鼠学会根据短暂亮起的视觉线索鼻触对应孔位获得饮水奖励，该任务用于评估注意能力。结果显示，仅当小鼠做出正确反应时，ACC^CaMKII神经元活性才会显著升高（图1A-H）。

随后，团队采用光遗传学技术抑制ACC^CaMKII神经元，发现小鼠在三箱社交实验和SIT中的社交探索时长减少。在5-CSRTT实验中，无论是全程抑制、试验间期抑制还是提示阶段抑制，小鼠的正确应答数减少、应答准确率下降、过早应答增加（图1I-N）。该干预不影响小鼠的焦虑水平以及运动状态。综上，ACC^CaMKII神经元不仅在社交和注意过程中被激活，且对这两类行为具有必要作用，提示ACC是参与社交行为和注意功能的关键调控脑区。

图1. ACC^CaMKII神经元参与调控社交探索和注意行为

二、ACC通过不同下游环路分别调控社交和注意行为

虽然ACC^CaMKII神经元同时参与社交和注意行为过程，但这并不意味着两类行为由同一群神经元控制。为验证这一问题，研究团队利用活性依赖的标记策略，分别标记社交任务和注意任务中被激活的ACC神经元，并进一步观察这些神经元的全脑投射。结果显示，与社交相关的ACC神经元主要向ZI投射，与注意相关的ACC神经元主要向lTRN投射（图2A-D）。结合逆行示踪技术，发现两类神经元在ACC内只有很少重叠，说明它们主要是两个不同的神经元亚群（图2E-G）。进一步实验发现，投射至lTRN与ZI的两类ACC神经元在电生理特性、形态结构和转录组特征上均存在明显差异，同时，两类神经元存在大量差异表达基因，在突触传递、细胞黏附等相关通路上表现出不同的分子特征。以上结果提示ACC并非通过单一通路同时处理社交和注意信息，而是通过相对分离的下游环路实现功能分工。

图2. 投射至ZI与lTRN的ACC独立神经元集群分别调控社交与注意力行为

三、Shank3b^-/-小鼠存在社交障碍与注意缺陷，且ACC下游环路突触连接异常

鉴于临床ASD患儿常伴有注意力障碍，研究团队进一步采用经典孤独症模型Shank3b^-/-小鼠评估ASD相关的社交和注意行为。行为学结果显示，这类小鼠既表现出社交探索减少，也表现出注意任务准确率下降（图3A-E），并且Shank3b^-/-小鼠ACC^CaMKII神经元活性在社交以及注意过程中均低于正常小鼠。

团队进一步检测了ACC→ZI和ACC→lTRN两条环路的突触功能，发现Shank3b^-/-小鼠中，投射至ZI和lTRN的ACC（ACC^ZI和ACC^lTRN）神经元自发性兴奋性突触后电流（sEPSC）均显著减弱，提示这些神经元接收的兴奋性输入减少。此外，ACC→lTRN环路的突触连接比例显著降低，而ACC→ZI环路的配对脉冲比率（Paired-Pulse Ratio，PPR）升高，提示该环路可能存在突触前递质释放功能异常（图3F-M）。形态学分析显示，Shank3b^-/-小鼠中ACC^ZI和ACC^lTRN神经元的总树突棘密度、蘑菇状树突棘密度均显著降低，提示突触成熟度下降（图3N-S）。上述结果表明，Shank3b^-/-小鼠的社交和注意缺陷与ACC两条下游环路的突触结构及功能异常相关。

图3. Shank3b^-/-小鼠表现出社交与注意力行为障碍，以及神经环路连接异常

四、靶向激活ACC特定环路可分别改善Shank3b^-/-小鼠的社交障碍和注意缺陷

在明确两条环路的功能分工后，研究团队进一步探究靶向增强这两条环路的活性，是否能够改善Shank3b^-/-小鼠的相关异常。结果显示，光遗传激活ACC^CaMKII→ZI环路后，Shank3b^-/-小鼠在三箱社交实验和SIT中的社交探索增加，社交障碍得到改善。另一方面，光遗传激活ACC^CaMKII→lTRN环路主要改善注意任务表现，包括提高正确应答数与应答准确率（图4）。这一结果表明，社交障碍和注意缺陷虽然常同时出现，但二者依赖相对独立的神经环路机制。

图4. 光遗传激活ACC^CaMKII→ZI和ACC^CaMKII→lTRN环路可分别改善社交障碍和注意缺陷

总结

综上，该研究发现ACC中存在两个功能不同的神经元亚群，其中ACC^CaMKII→ZI环路主要参与调控社交行为，ACC^CaMKII→lTRN环路主要参与调控注意行为。研究还发现Shank3b^-/-小鼠中这两条环路存在突触结构和功能异常，靶向激活这两条环路可分别改善社交障碍和注意缺陷。该研究从环路层面解释了ASD模型中社交障碍和注意缺陷同时出现的神经机制，提示这两类症状具有相对独立的神经基础。同时该研究仍存在一定局限：当前结果主要来自动物基础研究，其临床转化价值仍需继续探索；未来可结合临床影像学、神经调控技术和患者行为评估，进一步验证ACC相关环路在人类ASD及其他神经精神疾病中的作用。

图5. ACC介导的社交与注意行为调控平行环路示意图

西安交通大学第一附属医院脑科学研究中心李燕教授和精神科马现仓教授为论文的共同通讯作者。已毕业博士王菲迪、在读博士生陈铭月、在读博士生吕谧、研究助理张莹为共同第一作者。本研究受到国家自然科学基金和陕西省重点研发项目的资助。

本文使用的病毒产品均来自枢密科技，列表如下：

我司可提供光遗传、钙成像病毒产品，病毒注射及动物实验服务等。部分相关病毒产品列表如下:

光遗传病毒

钙成像病毒