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浅析光遗传学技术在条件位置偏好实验中相关行为的测试方法及注意事项
点击次数:447 发布时间:2021-03-30

【目的】与奖赏系统失调相关的情绪性疾病,如快感缺乏造成的抑郁症、焦虑症、自 闭症,或过度追求奖赏刺激造成的成瘾、强迫症等疾病,严重影响患者日常生活。这类精神障碍疾病患病率高,发病机理不清,目前对其仍缺乏有效治疗方法。2019 年中国精神卫生调查(CMHS)表明,除老年期痴呆外,6类精神障碍的终生加 权患病率为16.6%,即七分之一的居民在一生中发生至少一种精神障碍疾病。研 究这类精神障碍疾病的发病机理,寻找有效的治疗方法,是神经科学界研究的重占和执占。

1、位置偏好实验介绍及其应用

在以小鼠为模型的研究中发现,和人类一样,小鼠也*不在追寻“快 感”,这种“快感”情绪的表现包含客观性和主观性两个方面。现代神经生物学 的方法使我们能观察到一些客观反应的变化(比如利用电生理、双光子钙成像技 术等观察神经元活性变化),随后大脑通过皮质边缘环路将一些客观反应转化成 一种愉悦情绪的主观感受,进而产生相应的行为变化。哺乳类动物大脑的一项基 本任务就是对环境刺激的情感或动机效价进行评价,即判断是有“利”或有“弊” 的环境,从而迅速做出靠近(approach)或者逃避(avoidance)的行为反应。在对小鼠情绪反应的研究过程中,经常会选择一些基础的行为学范式来对动物在 实验过程中出现的各种不同愉悦或厌恶情绪主观反应的判断。比如实时位置偏好 (Real-time Place Preference, RTPP)、条件位置偏好(Conditioned Place Preference, CPP)等,根据动物对环境的选择性靠近或逃避的主观行为反应,来衡量环路刺激 所造成的客观变化。

神经科学家们致力于找到一些与奖赏或厌恶情绪直接相关的脑区和神经环 路,建立因果关系,为疾病治疗找到新方法。如找到一些奖赏情绪相关脑区,通 过激活该脑区或环路产生增强的“偏好”反应(如“靠近”等),或者是一些厌 恶情绪相关脑区,通过激活相应脑区或环路之后,使所见的“偏好”反应减少(如 产生“逃避”行为)。

2、位置偏好实验的分类

常见的位置偏好实验包括条件位置偏好和实时位置偏好。

条件位置偏好(CPP)是巴甫洛夫条件反射的一种形式,用来测量动物对某 种物体或环境的一种动机行为。主要原理是通过测量动物在与刺激相关的区域停 留的时间,来推断出动物对刺激的喜爱或厌恶程度。

经典的条件位置偏好箱由不同环境的三个区域组成,一般分为刺激区、非刺 激区和中间区。在以往的研究中,条件位置偏好箱被广泛的用于研究各类药物/ 酒精成瘾的形成、消退、恢复过程。主要做法是将药物等刺激与条件位置偏 好箱一侧箱体进行多次偶联匹配刺激,经过一段时间的训练之后,小鼠对匹配的 环境产生喜爱/厌恶,就会表现为在刺激区停留时间更长/更短。也可以根据实验 目的对其中一些环节进行改变,探索成瘾模型形成的条件等。

由于现代神经科学的迅速发展,光遗传学已经广泛运用于神经科学的研究, 一种基于光遗传学技术的条件位置偏好模型被广泛使用,它被称为实时位置偏好。实时位置偏好通过实时激活/抑制相关神经环路,观察动物位置偏好的差异,从 而直观判断刺激环路是否参与奖赏厌恶调节。

以上两种方法通常都以小鼠或大鼠为研究对象,本文中探索ECT环路是否参 与编码偏好行为,用到了实时位置偏好行为学模型。

主要材料和设备

行为测试箱 
摄像头上海欣软
摄像头支架 
采集卡上海欣软
SuperMaze动物行为分析软件上海欣软
473nm蓝光激光器杭州纽顿
75%酒精鼎国

条件性位置偏爱系统(型号:XR-XT401)

3、CPP实验方法

采用的实时位置偏好(RTPP)包括连续两天的实验。

  • 第Yi天为基线检测,每只小鼠从中央箱放入之后,开始三箱的自由探索, 每只小鼠探索时间为lOmin,软件将自动记录小鼠运动轨迹、平均速度以及在 各箱停留的时间、进入次数等参数,将其结果记为baseline。

  • 第二天为RTPP测试阶段,任意选定一侧环境箱为刺激箱(stimulate chamber),将小鼠放入中央箱,让其自由探索,每当小鼠重心进入zhi定的刺激 箱一侧时,手动给予小鼠473nm LED光照。RTPP阶段,每只小鼠探索时间为 lOmin,利用欣软公司supermaze软件分析系统,自动实时自动记录小鼠运动轨 迹、平均速度以及在各箱所停留的时间、进入次数等参数,将其结果记为RTPP。

(根据文献参考以及脑区实际神经元放电模式,不同脑区给予光照刺激的刺 激频率(frequency)、脉冲宽度(pulse width)等略有差别,BLA、NAC区均 给予双侧20Hz, 15ms刺激。每次实验前,需用光强检测器检测光纤末端输出 光强,以保证效率,本文实验光纤末端光强为10mw左右。同时为了避免长时 间光照造成的光损伤,每个循环连续给光%后,将有2s停光间歇期,即(8s- on-2s-off)的策略)。

4、注意事项

4.1 实验开始前一周,开始每天轻微抚摸小鼠,使小鼠熟悉实验员气味,熟 悉被抓弄、抚摸等。

4.2 如遇冬季或夏季,每次实验前,提前将行为学室空调打开,避免不适宜 温度影响小鼠行为表现。

4.3 每次实验前,小鼠先放入行为学室适应半小时以上。

4.4 每只小鼠实验结束后,应用75%酒精彻底清洁实验箱,避免小鼠行为结 果受到上一只小鼠的气味影响。

4.5 小鼠应该面朝墙壁放入中央区,减少人为因素对小鼠行为状态的影响。

4.6 每次实验的时间点应该固定,并且选定一个light cycles (7:00-19:00) 或者是black cycles (19:00-次日7:00),避免由于实验时间点不同而影响小鼠 的基础运动水平,造成实验结果偏差。

光遗传实验时,每次实验前用无水乙醇清洁光纤接口,避免接口被脏污 覆盖,影响通光率。每次实验开始前,需测定激光是否稳定,以及光强是否达 到设置标准。给予473nm LED光照激活刺激时,应避免连续长时间给光造成光损 伤,连续给光一段时间后,最hao设置适当时间的停光间歇期。

 

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