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研究探讨光遗传学技术在动物行为学中的应用研究及应用良好前景②
点击次数:74 发布时间:2020-09-25

       光遗传学技术在动物行为学中的应用研究光遗传学技术在动物行为学应用中有良好前景,尤其适用于探索特定类型神经元活动范式与动物行为改变之间因果关系的研究。光遗传技术在动物交际行为、恐惧记忆行为、奖赏记忆行为、焦虑样行为等行为学的神经回路进行深入研究,不仅可以记录活体动物的脑整体活动,也可记录拟研究神经回路活动的细胞、分子的活动表现,是研究动物行为学的神经回路的一个重要事件,推动了神经回路研究的进步然而,涉及神经回路和脑功能的研究,不能直接在人体上进行,动物模型成了重要选择。能否在动物身上建立精神性疾病模型存在争议。例如,精神性疾病的一些诊断特点,如悲伤,内疚,妄想和思维混乱 这些症状在动物模型中难以确定 。

 

       目前,已成功建立了能概括精神性疾病重要特征,如恐惧记忆、焦虑症、抑郁症等动物模型。同时,应用光遗传学阐明啮齿动物模型中有关精神疾病许多复杂行为的相关神经通路。

1、焦虑-社交障碍症候群动物行为学

根据临床资料,焦虑症和社交功能障碍之间有着显著的联系,这种联系可能为理解焦虑症和社交障碍的共同神经通路提供线索。抗焦虑药物可减少当动物被放置在易焦虑环境中的社交受损。不同的自闭症小鼠模型均表现出明显的社交功能障碍以及增强的焦虑样行为。这些研究均表明,焦虑症和社交功能是紧密联系的,并且可能存在一个共同的病理神经机制。

2、焦虑样行为的动物行为学

焦虑鼠模型的光遗传学研究,发现特定的杏仁核突触,可快速可逆地调制焦虑水平。Tye 等研究发现,利用 ChR2 成功表达后,进行光照射,可以通过激活基底外侧杏仁核 ( Basolateral Amygdala, BLA) 到中央杏仁核 ( Central Amygdala,CeA) 的突触投射,小鼠的开臂时间增多,表明产生去焦虑样行为; 利用 eNpHR3. 0 成功表达后,进行光照射,可以通过抑制突触连接,小鼠在高架十字迷宫的开臂时间减少,小鼠表现为焦虑样行为。

 

为了研究基底外侧杏仁核 -腹侧海马 ( vHPC)通路,研究者将感光视蛋白表达于 BLA 谷氨酸能神经元且视觉纤维被定位在 BLA 轴突终止的 vH-PC 内,光刺激 BLA 中止于 vHPC 的胆碱能神经元诱发的焦虑样效应被 vHPC 的谷氨酸能神经元抑制,证实兴奋 BLA-vHPC 神经通路可增加焦虑,抑制 BLAvHPC的轴突将减少焦虑鼠模型中焦虑相关行为此研究确定了 BLAvHPC 为一个双向控制焦虑相关行为的神经通路

3、基底外侧杏仁核-腹侧海马  ( BLA-vHPC)神经回路的阐明

       疾病动物模型如恐惧记忆的神经回路研究,得益于鼠听觉恐惧反射的杏仁核模型,即杏仁核恐惧条件反射。Petreanu 等 利用光遗传学技术将ChR2 表达在大鼠丘脑核和运动皮层兴奋性神经元上,通过光刺激,在活体脑进行电位记录,实现了兴奋性神经元与体感觉皮层锥体细胞间突触的精que定位。这一方法,为研究完整神经回路中发生突触联系的神经元提供了较为广阔的途径。

        源于恐惧动物模型的焦虑症研究中,人类的焦虑和动物条件恐惧间存在相似的神经回路。海马是应激反应的作用靶区,其发出的神经纤维可投射到杏仁核相关情感脑区,参与情绪反应和学习记忆等,其损伤可致负性情绪的发生。在人类研究中,已被证实海马和杏仁核在编码情感记忆时彼此依赖。此外,临床观察患者海马体积与焦虑的严重程度成正相关,多个功能核磁共振 ( Funcitonal magnetic resonance imaging,fMRI) 研究发现恐惧形成与杏仁核有关 。在焦虑症和社交行为的研究中,杏仁核的投射可能涉及到的上、下游区域的神经通路。vHPC 为一相关联区域,它与杏仁核紧密连接。在非人类灵长类动物中,海马病变将导致对社会信号和社会关系退化的异常反应。啮齿动物研究证实 vHPC 对恐惧和焦虑相关行为的表现行为非常重要,并参与社交行为的调节。

      焦虑症与社交障碍相关联,杏仁核和海马均参与此过程。通过三腔社会互动行为学实验和社会交互行为学实验对啮齿动物社交能力进行测试结果表明,抑制 BLA-vHPC 通路提高了社交能力,激活该通路降低了社交能力。

 

 

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