情緒反應由海馬體組成，包括海馬體（hippocampus, hpc）和杏仁核（amygdala, amy）生成邊緣系統的環路。 在人腦中，這些結構之間的波（13-30Hz）通訊與自我報告的情緒和焦慮有關。 然而，這種生物標誌物作為情緒狀態的標誌物或驅動因素的機制和意義仍然未知。
2023年1月23日，加州大學三藩市分校vikaas s. sohal教授在neuron發表了一篇題為“amygdala-hippocampus somatostatin interneuron beta-synchrony underlies a cross-species biomarker of emotional state”研究**。 其中，亞當·傑克遜是本文的第一作者。
在這裡，研究人員表明，腹側海馬體（VHC）和基底外側杏仁核（BLA）之間的波通訊也有助於小鼠的焦慮相關行為，無論是在更長的時間尺度（30分鐘）上還是在立即行為選擇之前。 基因編碼電壓指示劑 （GEVI） 表明，該生物標誌物反映了 VHC 和 BLA 中生長抑素 （SST） 中間神經元之間的同步性。 事實上，這些神經元之間的同步可以動態地接近和迴避決策，並且使用光遺傳學來改變同步階段僅25毫秒就足以在兩個方向上調節與焦慮相關的行為。
因此，這項從臨床到基礎的轉化研究將人類生物標誌物確立為情緒狀態的因果決定因素（而不僅僅是**因素）。，揭示了一種新的機制，通過該機制，頻率、相位和細胞型別特異性區域間同步控制情緒處理。
-相干爆發能夠充當滑鼠人類焦慮的生物標誌物
AMY和HPC之間的相干性差異能夠跟蹤人類的情緒和焦慮，他們首先嘗試測試它是否也能夠**齧齒動物的焦慮水平。 因此，他們首先記錄了飼養網箱中BLA和VHC的區域性場勢（LFP），以計算BLA和VHC相干性的差異，並比較了它們與零迷宮（EZM）效能的相關性。 他們發現實驗前AMY-HPC相干性差異，尤其是相干突發，與EZM開臂區時間呈顯著負相關。
使用最初從癲癇患者發布的資料集，研究人員在人類顱內腦電圖（IEEG）記錄中發現了短暫的、高度連貫的爆發（圖1A）。 在人類資料中，相干突發的數量與AMY-HPC相干性的差異之間存在很強的正相關關係（圖1b）。 此外，連貫性爆發的發生與情緒和焦慮的主觀評分呈強負相關（即時情緒縮放器（IMS; 圖1c）。相應地，消極情緒狀態（高IMS）的記錄比積極情緒狀態（低IMS）包含更多的連貫爆發（圖1D）。 綜上所述，這些研究表明，相干爆發與人類和小鼠的焦慮有關。
BLA 和 HPC 中的 SST+ 神經元之間同步性與情緒焦慮有關
為了測試-Coherence Burst是否可能在快速行為相關時間尺度上的焦慮相關行為中發揮作用，研究人員採用了高架加迷宮（EPM）正規化，並在小鼠探索的開放和閉合臂上記錄了BLA和VHC之間的LFP訊號（圖2A）。
研究人員觀察到，在避開張開手臂的環境之前，相干爆發的時間鎖定概率增加; 當小鼠接近（而不是避開）張開手臂區域時，這種時間鎖定的增加不存在（圖2B-C）。
然後，使用光學（tempo）進行的跨膜電測量，研究人員發現VHC和BLA SST +中間神經元的活動與具有Gevi病毒和SST-Cre的轉基因小鼠的相干爆發同步。而不是表達小白蛋白 （PV） 的中間神經元。
鑑於 VHC-BLA-SST 與 -Coherence 爆發同步，並且 -Coherence 爆發與焦慮相關的迴避行為相關，研究人員進一步研究了 SST+ 中間神經元的同步性是否也與焦慮相關行為相關。 研究人員通過EPM實驗發現，並同時記錄了相應的LFP訊號SST+ 中間神經元的同步性在避免張開手臂行為並結束張開手臂探索行為之前增加。
VHC-BLA-SST+中間神經元同步跟焦慮樣行為的因果關係
此外，研究人員通過光遺傳學啟用或破壞 VHC-BL-SST+ 中間神經元同步，增加或減少 EPM 中與焦慮相關的行為（避免張開雙臂、降低風險行為）。 此外，抑制BLA-SST+中間神經元減少了相干性爆發和焦慮相關的迴避（圖3 a-e）。
這一系列結果表明，BLA-SST+中間神經元似乎在啟動BLA和VHC迴路的同步中起著關鍵作用，因此BLA-SST+中間神經元可能長期直接抑制VHC靶標，包括SST+中間神經元。 為了證實這一點，研究人員通過膜片鉗技術記錄了從BLA到VHC的抑制電流（圖3 F-G），證明了這種功能環路的存在。
綜上所述，本研究發現，AMY和HPC之間的同步是情緒狀態的跨物種生物標誌物，並且這種同步是由SST+中間神經元群體的同步性驅動的（圖 4）。