While animals encounter a wide range of environmental stimuli, they need to quickly determine whether the stimuli are beneficial or detrimental to their survival and whether they should be approached or avoided. How is sensory information of opposing valences represented and evaluated in the brain to produce discrete behavioral outputs? Neurons releasing corticotropin-releasing factor in the paraventricular nucleus of the hypothalamus (PVN) has been known important for regulating the hypothalamus-pituitary gland-adrenal axis. By employing the technical advancements to measure and perturb the activity of these neurons in millisecond scale of behaving mice, using fiber photometry and optogenetic manipulations, we revealed the bidirectional neuronal dynamics of CRF neurons toward environmental stimuli. Notably, we revealed how rewarding stimuli affected the activity of CRF neurons and their associated behavioral functions. These studies will shed light on the understanding of CRF neurons and their importance as a plausible hub to integrate exteroceptive and interoceptive stimuli for behavioral and neuroendocrine regulation in the mammalian systems in the future.
동물들은 외부에서 특정 자극을 만나면, 그에 맞는 적절한 선천적인 행동적 반응을 보인다. 이는 단순히, 천적을 보면 피하거나, 음식을 보면 다가가는 행동을 포함하는데, 이러한 선천적 행동을 적절하게 표현하기 위해서는, 자극의 감각체계에 상관없이‘호불호’(Valence) 판단이 뇌에서 즉각적으로 이루어져야 한다. 포유류 동물의 시상하부 영역에 있는 CRF 를 방출하는 특정 세포는 본래 시상하부-뇌하수체-부신피질 축을 이루는 신경-대사회로의 중추로 알려져 있으나, 기존의 기술적 한계로 인하여, 본 신경세포가 가진 동물의 즉각적인 선천적 행동에 중요한 역할이 조명되지 못하였다. 본 연구는, 신경회로의 초단위 활성도 측정 및 광유전학적 조절 기법의 신경생물학 기법을 활용하여, CRF 세포가 외부적 자극의 호불호 판단과 행동 조절에 빠른 신경세포로서의 중요한 역할을 함을 새롭게 규명하였다. 이를 통해, CRF 세포가 신경대사 조절을 넘어, 두뇌에서 외부의 자극 판단에 관한 역할, 더 나아가 내부 감각기에서 오는 다양한 자극에 반응하는 성질로 행동조절에 관여하는 패러다임을 제시한다.
