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研究探討光遺傳學技術在動物行為學中的應用研究及應用良好前景②
點擊次數:310 發布時間:2020-09-25

       光遺傳學技術在動物行為學中的應用研究光遺傳學技術在動物行為學應用中有良好前景,尤其適用於探索特定類型神經元活動範式與動物行為改變之間因果關係的研究。光遺傳技術在動物交際行為、恐懼記憶行為、獎賞記憶行為、焦慮樣行為等行為學的神經回路進行深入研究,不僅可以記錄活體動物的腦整體活動,也可記錄擬研究神經回路活動的細胞、分子的活動表現,是研究動物行為學的神經回路的一個重要事件,推動了神經回路研究的進步然而,涉及神經回路和腦功能的研究,不能直接在人體上進行,動物模型成了重要選擇。能否在動物身上建立精神性疾病模型存在爭議。例如,精神性疾病的一些診斷特點,如悲傷,內疚,妄想和思維混亂 這些症狀在動物模型中難以確定 。

 

       目前,已成功建立了能概括精神性疾病重要特征,如恐懼記憶、焦慮症、抑鬱症等動物模型。同時,應用光遺傳學闡明齧齒動物模型中有關精神疾病許多複雜行為的相關神經通路。

1、焦慮-社交障礙症候群動物行為學

根據臨床資料,焦慮症和社交功能障礙之間有著顯著的聯係,這種聯係可能為理解焦慮症和社交障礙的共同神經通路提供線索。抗焦慮藥物可減少當動物被放置在易焦慮環境中的社交受損。不同的自閉症小鼠模型均表現出明顯的社交功能障礙以及增強的焦慮樣行為。這些研究均表明,焦慮症和社交功能是緊密聯係的,並且可能存在一個共同的病理神經機製。

2、焦慮樣行為的動物行為學

焦慮鼠模型的光遺傳學研究,發現特定的杏仁核突觸,可快速可逆地調製焦慮水平。Tye 等研究發現,利用 ChR2 成功表達後,進行光照射,可以通過激活基底外側杏仁核 ( Basolateral Amygdala, BLA) 到中央杏仁核 ( Central Amygdala,CeA) 的突觸投射,小鼠的開臂時間增多,表明產生去焦慮樣行為; 利用 eNpHR3. 0 成功表達後,進行光照射,可以通過抑製突觸連接,小鼠在高架十字迷宮的開臂時間減少,小鼠表現為焦慮樣行為。

 

為了研究基底外側杏仁核 -腹側海馬 ( vHPC)通路,研究者將感光視蛋白表達於 BLA 穀氨酸能神經元且視覺纖維被定位在 BLA 軸突終止的 vH-PC 內,光刺激 BLA 中止於 vHPC 的膽堿能神經元誘發的焦慮樣效應被 vHPC 的穀氨酸能神經元抑製,證實興奮 BLA-vHPC 神經通路可增加焦慮,抑製 BLAvHPC的軸突將減少焦慮鼠模型中焦慮相關行為此研究確定了 BLAvHPC 為一個雙向控製焦慮相關行為的神經通路

3、基底外側杏仁核-腹側海馬  ( BLA-vHPC)神經回路的闡明

       疾病動物模型如恐懼記憶的神經回路研究,得益於鼠聽覺恐懼反射的杏仁核模型,即杏仁核恐懼條件反射。Petreanu 等 利用光遺傳學技術將ChR2 表達在大鼠丘腦核和運動皮層興奮性神經元上,通過光刺激,在活體腦進行電位記錄,實現了興奮性神經元與體感覺皮層錐體細胞間突觸的精que定位。這一方法,為研究完整神經回路中發生突觸聯係的神經元提供了較為廣闊的途徑。

        源於恐懼動物模型的焦慮症研究中,人類的焦慮和動物條件恐懼間存在相似的神經回路。海馬是應激反應的作用靶區,其發出的神經纖維可投射到杏仁核相關情感腦區,參與情緒反應和學習記憶等,其損傷可致負性情緒的發生。在人類研究中,已被證實海馬和杏仁核在編碼情感記憶時彼此依賴。此外,臨床觀察患者海馬體積與焦慮的嚴重程度成正相關,多個功能核磁共振 ( Funcitonal magnetic resonance imaging,fMRI) 研究發現恐懼形成與杏仁核有關 。在焦慮症和社交行為的研究中,杏仁核的投射可能涉及到的上、下遊區域的神經通路。vHPC 為一相關聯區域,它與杏仁核緊密連接。在非人類靈長類動物中,海馬病變將導致對社會信號和社會關係退化的異常反應。齧齒動物研究證實 vHPC 對恐懼和焦慮相關行為的表現行為非常重要,並參與社交行為的調節。

      焦慮症與社交障礙相關聯,杏仁核和海馬均參與此過程。通過三腔社會互動行為學實驗和社會交互行為學實驗對齧齒動物社交能力進行測試結果表明,抑製 BLA-vHPC 通路提高了社交能力,激活該通路降低了社交能力。

 

 

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