本文關(guān)鍵詞：利用光遺傳學(xué)解析小鼠內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)相關(guān)獎(jiǎng)賞環(huán)路，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：背景及目的:前額葉皮質(zhì)(prefrontal cortex,PFC)的功能與大腦許多高級(jí)功能密切相關(guān),如認(rèn)知,決策,動(dòng)機(jī),情感,記憶,社會(huì)功能的調(diào)節(jié)等,心理學(xué)中通常將前額葉皮質(zhì)的功能與人格緊密聯(lián)系,某種意義上說(shuō),前額葉皮質(zhì)的功能是人之所以區(qū)分與其他動(dòng)物的關(guān)鍵所在。解剖上,前額葉皮質(zhì)與大腦其他腦區(qū)廣泛密切聯(lián)系,包括皮層、皮層下以及腦干等許多區(qū)域,形成復(fù)雜的神經(jīng)環(huán)路,發(fā)揮相應(yīng)的神經(jīng)功能。前額葉皮質(zhì)功能異常與許多精神神經(jīng)疾病相關(guān),如藥物成癮,精神分裂,抑郁癥等。以往的研究,特別是顱內(nèi)電刺激研究,發(fā)現(xiàn)電刺激前額葉皮質(zhì)的某些區(qū)域具有獎(jiǎng)賞效應(yīng),提示前額葉皮質(zhì)參與構(gòu)成獎(jiǎng)賞環(huán)路,但是鑒于電刺激本身的技術(shù)局限性,無(wú)法確定前額葉皮質(zhì)是如何影響具體的獎(jiǎng)賞過(guò)程的,是通過(guò)興奮前額葉皮質(zhì)神經(jīng)元起作用?或是抑制相應(yīng)神經(jīng)元?其具體的獎(jiǎng)賞環(huán)路是如何的?最近的臨床研究表明,前額葉皮質(zhì)與情感動(dòng)機(jī)密切相關(guān),前額葉皮質(zhì)功能異常與抑郁癥密切相關(guān),腦深部電刺激(deep brain stimulation,DBS)前額葉皮質(zhì)的特定區(qū)域(Cg 25區(qū))“糾正”P(pán)FC的異�；顒�(dòng),對(duì)難治性抑郁癥具有良好的治療效果,但其具體的作用機(jī)制不清。光遺傳學(xué)技術(shù)是近年來(lái)發(fā)明的神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域最前沿的實(shí)驗(yàn)技術(shù)之一,可以實(shí)現(xiàn)選擇性的興奮或抑制特定的神經(jīng)元,而不直接影響周?chē)钠渌窠?jīng)元及過(guò)路纖維,具有極高的時(shí)間和空間分辨率,是解析介導(dǎo)特定行為的具體神經(jīng)環(huán)路的強(qiáng)有力工具。本研究主要利用光遺傳學(xué)技術(shù)解析前額葉皮質(zhì)相關(guān)的獎(jiǎng)賞環(huán)路,以期對(duì)前額葉皮質(zhì)的功能更進(jìn)一步的理解,有助于臨床治療前額葉皮質(zhì)功能異常相關(guān)的神經(jīng)精神疾病,特別是藥物成癮和抑郁癥。方法:本研究主要利用光遺傳學(xué)技術(shù),小鼠在體多通道胞外電信號(hào)記錄,自由活動(dòng)小鼠在體FSCV法多巴胺檢測(cè)技術(shù)結(jié)合經(jīng)典的獎(jiǎng)賞動(dòng)物行為學(xué)研究方法(自身按桿實(shí)驗(yàn)),采用4種帶有Cre重組酶標(biāo)記的轉(zhuǎn)基因小鼠,結(jié)合Cre重組酶依賴(lài)的病毒載體表達(dá)光敏感蛋白策略,實(shí)現(xiàn)選擇性調(diào)控特異類(lèi)型神經(jīng)元。實(shí)驗(yàn)分為四部分,分別探討前額葉皮質(zhì)在獎(jiǎng)賞中的作用,其不同類(lèi)型神經(jīng)元在獎(jiǎng)賞過(guò)程中扮演的角色,前額葉相關(guān)獎(jiǎng)賞環(huán)路的具體構(gòu)成以及在獎(jiǎng)賞中具有重要作用的神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺在前額葉相關(guān)獎(jiǎng)賞過(guò)程中的作用。結(jié)果:實(shí)驗(yàn)一(1)興奮位于m PFC(DP,Pr L,MO)及DTT和VTT神經(jīng)元,小鼠可以迅速學(xué)會(huì)自身按桿以獲得顱內(nèi)激光刺激興奮神經(jīng)元,激光關(guān)閉后,小鼠自身按桿行為顯著減少,重新開(kāi)啟激光后,自身按桿次數(shù)恢復(fù)甚至超過(guò)之前最高水平,提示激活m PFC及DTT和VTT神經(jīng)元具有獎(jiǎng)賞作用。(2)興奮位于m PFC上方(cg1/M2)以及外側(cè)區(qū)域(VO/LO)神經(jīng)元,小鼠無(wú)法學(xué)會(huì)自身按桿,提示興奮這些腦區(qū)的神經(jīng)元不具有獎(jiǎng)賞作用。(3)互換按桿的激光匹配后,小鼠可迅速學(xué)會(huì)自身按桿,提示小鼠的自身按桿行為是與興奮特定神經(jīng)元相關(guān)。(4)不同激光刺激頻率的獎(jiǎng)賞作用各異,50 Hz和25 Hz對(duì)自身按桿作用均顯著強(qiáng)于12.5 Hz和6.25 Hz(p0.0001)。(5)在體多通道胞外單細(xì)胞記錄顯示,激光刺激強(qiáng)度強(qiáng)度0.1--10 m W,頻率在6.25 Hz,12.5 Hz,25 Hz和50 Hz均能引起神經(jīng)元放電,神經(jīng)元的放電活動(dòng)與激光刺激時(shí)間序列一一對(duì)應(yīng),神經(jīng)元的放電頻率與激光刺激的頻率一致。實(shí)驗(yàn)二(1)興奮位于m PFC的v Glut1陽(yáng)性神經(jīng)元支持自身按桿行為,30 min按桿次數(shù)可達(dá)501.83±359.27,具有較強(qiáng)獎(jiǎng)賞作用。(2)興奮位于m PFC(DP)的v Glut2陽(yáng)性神經(jīng)元支持自身按桿行為,30 min按桿次數(shù)為198.25±117.99,顯著低于興奮v Glut1陽(yáng)性神經(jīng)元,具有一定程度的獎(jiǎng)賞作用。(3)興奮位于m PFC的v GAT陽(yáng)性神經(jīng)元需較強(qiáng)的激光刺激(25 Hz,72 pulses)才能支持較弱的自身按桿行為。(4)CPP結(jié)果顯示,興奮v GAT陽(yáng)性神經(jīng)元具有獎(jiǎng)賞作用。實(shí)驗(yàn)三(1)興奮m PFC向紋狀體(m CP,Ac Sh)的投射支持自身按桿行為,提示激活該神經(jīng)通路具有獎(jiǎng)賞作用。(2)興奮m PFC通過(guò)內(nèi)囊(ic)的投射支持自身按桿行為,提示該神經(jīng)通路具有獎(jiǎng)賞作用。(3)興奮m PFC向丘腦(VM、MD)下丘腦(LHA)的投射支持自身按桿行為,提示該神經(jīng)通路具有獎(jiǎng)賞作用。(4)局部(m CP)藥理學(xué)阻斷可以顯著降低由興奮m PFC--m CP投射引起的自身按桿行為,提示m CP神經(jīng)元直接參與獎(jiǎng)賞作用,是獎(jiǎng)賞環(huán)路中的重要結(jié)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)四(1)劑量足以阻斷VTA多巴胺能神經(jīng)元獎(jiǎng)賞作用的多巴胺D1受體和D2受體阻斷劑,對(duì)興奮m PFC產(chǎn)生的獎(jiǎng)賞作用無(wú)顯著影響,提示m PFC的獎(jiǎng)賞效應(yīng)是不依賴(lài)于多巴胺的。(2)成功實(shí)現(xiàn)了在清醒自由活動(dòng)小鼠利用FSCV法實(shí)時(shí)檢測(cè)紋狀體多巴胺濃度。(3)FSCV法檢測(cè)DA濃度顯示,電刺激mfb可顯著增高紋狀體DA濃度,而光遺傳學(xué)刺激表達(dá)Ch R2的m PFC神經(jīng)元對(duì)紋狀體DA濃度無(wú)顯著影響,提示光遺傳學(xué)激活m PFC神經(jīng)元并不引起紋狀體DA釋放。結(jié)論:(1)首次利用光遺傳學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)直接激活小鼠內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)神經(jīng)元具有很強(qiáng)的獎(jiǎng)賞作用,并明確了最佳的光遺傳學(xué)刺激參數(shù)。(2)m PFC的獎(jiǎng)賞作用主要由興奮性神經(jīng)元v Glut1陽(yáng)性神經(jīng)元介導(dǎo),v Glut2陽(yáng)性神經(jīng)元也起到部分作用,而激活抑制性神經(jīng)元v GAT陽(yáng)性神經(jīng)元的總效應(yīng)為獎(jiǎng)賞效應(yīng),并非厭惡效應(yīng)。(3)利用光遺傳學(xué)技術(shù)在神經(jīng)環(huán)路研究中的優(yōu)勢(shì),首次發(fā)現(xiàn)m PFC---m CP和m PFC---ic兩條通路在獎(jiǎng)賞中具有重要作用,其獎(jiǎng)賞作用程度不亞于經(jīng)典的m PFC---Ac Sh通路。(4)首次利用光遺傳學(xué)技術(shù)結(jié)合清醒自由活動(dòng)小鼠FSCV法研究多巴胺在m PFC介導(dǎo)的獎(jiǎng)賞效應(yīng)中的作用,發(fā)現(xiàn)m PFC介導(dǎo)的獎(jiǎng)賞作用不依賴(lài)于腦內(nèi)多巴胺的釋放,光遺傳學(xué)刺激m PFC不引起紋狀體多巴胺的釋放增多,對(duì)目前以多巴胺為核心的獎(jiǎng)賞理論形成良好的補(bǔ)充。
【關(guān)鍵詞】：光遺傳學(xué) 內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì) 獎(jiǎng)賞環(huán)路 多巴胺 動(dòng)機(jī) 自身按桿 快速掃描循環(huán)伏安法
【學(xué)位授予單位】：第四軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：R338
【目錄】：

• 縮略語(yǔ)表7-11
• 中文摘要11-15
• 英文摘要15-20
• 前言20-21
• 文獻(xiàn)回顧21-50
• 1 光遺傳學(xué)21-42
• 1.1 發(fā)展簡(jiǎn)史21-23
• 1.2 基本原理23-24
• 1.3 光遺傳學(xué)工具24-30
• 1.4 導(dǎo)入神經(jīng)系統(tǒng)30-31
• 1.5 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物31
• 1.6 皮層特異性表達(dá)31-32
• 1.7 靶向調(diào)控神經(jīng)環(huán)路32
• 1.8 光刺激與讀出設(shè)備32-33
• 1.9 模式動(dòng)物33-36
• 1.10 在精神類(lèi)疾病研究中的應(yīng)用36-42
• 2 前額葉皮質(zhì)42-45
• 2.1 解剖結(jié)構(gòu)43
• 2.2 纖維聯(lián)系43-44
• 2.3 主要功能44-45
• 2.4 臨床意義45
• 3 獎(jiǎng)賞環(huán)路45-50
• 3.1 顱內(nèi)電刺激45-46
• 3.2 多巴胺的作用及假說(shuō)46-50
• 實(shí)驗(yàn)一 前額葉皮質(zhì)及周?chē)X區(qū)在獎(jiǎng)賞中的作用50-70
• 前言50
• 1 材料50-51
• 1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物50
• 1.2 主要試劑50-51
• 1.3 主要器材51
• 2 方法51-55
• 2.1 動(dòng)物分組51
• 2.2 立體定向手術(shù)51-52
• 2.3 自身按桿行為學(xué)實(shí)驗(yàn)52-53
• 2.4 激光參數(shù)53
• 2.5 互換按桿實(shí)驗(yàn)53
• 2.6 不同光刺激頻率實(shí)驗(yàn)53
• 2.7 固定比率自身按桿實(shí)驗(yàn)53
• 2.8 多通道光電極記錄實(shí)驗(yàn)53-54
• 2.9 組織學(xué)54
• 2.10 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理54-55
• 3 結(jié)果55-64
• 3.1 興奮內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)及周?chē)X區(qū)對(duì)小鼠自身按桿的影響55-57
• 3.2 按桿互換實(shí)驗(yàn)57-58
• 3.3 不同激光刺激頻率對(duì)自身按桿行為的影響58-60
• 3.4 固定比率自身按桿試驗(yàn)60-61
• 3.5 在體多通道記錄61-62
• 3.6 組織學(xué)結(jié)果62-64
• 4 討論64-69
• 4.1 趨近動(dòng)機(jī)(approach motivation)、獎(jiǎng)賞(reward)和強(qiáng)化(reinforcement)65-66
• 4.2 內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)在獎(jiǎng)賞中的作用66-67
• 4.3 光遺傳學(xué)研究中刺激參數(shù)的選擇67-69
• 5 小結(jié)69-70
• 實(shí)驗(yàn)二 內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)不同類(lèi)型神經(jīng)元在獎(jiǎng)賞中的作用70-81
• 前言70
• 1 材料70-71
• 1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物70-71
• 1.2 主要試劑71
• 1.3 主要器材71
• 2 方法71-73
• 2.1 動(dòng)物分組71-72
• 2.2 立體定向手術(shù)72
• 2.3 自身按桿行為學(xué)實(shí)驗(yàn)72
• 2.4 操作性位置偏愛(ài)實(shí)驗(yàn)72-73
• 2.5 激光參數(shù)73
• 2.6 組織學(xué)73
• 2.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理73
• 3 結(jié)果73-78
• 3.1 v Glut1陽(yáng)性神經(jīng)元興奮對(duì)自身按桿的影響73-74
• 3.2 v Glut2陽(yáng)性神經(jīng)元興奮對(duì)自身按桿的影響74-75
• 3.3 v GAT陽(yáng)性神經(jīng)元興奮對(duì)自身按桿的影響75-76
• 3.4 v GAT陽(yáng)性神經(jīng)元興奮對(duì)位置偏愛(ài)的影響76-77
• 3.5 增加刺激強(qiáng)度興奮v GAT陽(yáng)性神經(jīng)元對(duì)自身按桿的影響77
• 3.6 組織學(xué)結(jié)果77-78
• 4 討論78-80
• 小結(jié)80-81
• 實(shí)驗(yàn)三 內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)不同投射區(qū)在獎(jiǎng)賞中的作用81-91
• 前言81
• 1 材料81-82
• 1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物81
• 1.2 主要試劑81
• 1.3 主要器材81-82
• 2 方法82-84
• 2.1 動(dòng)物分組82
• 2.2 立體定向手術(shù)82-83
• 2.3 自身按桿行為學(xué)實(shí)驗(yàn)83
• 2.4 激光參數(shù)83
• 2.5 局部藥理學(xué)阻斷實(shí)驗(yàn)83-84
• 2.6 組織學(xué)84
• 2.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理84
• 3 結(jié)果84-88
• 3.1 興奮m PFC向紋狀體(m CP，Ac Sh)投射對(duì)自身按桿的影響84-85
• 3.2 興奮m PFC在內(nèi)囊前肢的投射對(duì)自身按桿的影響85-86
• 3.3 興奮m PFC向丘腦及下丘腦的投射對(duì)自身按桿的影響86-87
• 3.4 m CP局部藥理學(xué)阻斷對(duì)興奮m PFC--m CP投射自身按桿的影響87-88
• 3.5 組織學(xué)結(jié)果88
• 4 討論88-90
• 小結(jié)90-91
• 實(shí)驗(yàn)四 多巴胺在內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)相關(guān)獎(jiǎng)賞環(huán)路中的作用91-101
• 前言91
• 1 材料91-92
• 1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物91
• 1.2 主要試劑91
• 1.3 主要器材91-92
• 2 方法92-95
• 2.1 動(dòng)物分組92
• 2.2 立體定向手術(shù)92-93
• 2.3 自身按桿行為學(xué)訓(xùn)練93
• 2.4 全身多巴胺受體阻斷實(shí)驗(yàn)93-94
• 2.5 FSCV電極制作94
• 2.6 FSCV法在自由活動(dòng)小鼠測(cè)DA濃度94
• 2.7 組織學(xué)94
• 2.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理94-95
• 3 結(jié)果95-97
• 3.1 全身阻斷多巴胺對(duì)m PFC組和VTA組小鼠自身按桿的影響95-96
• 3.2 FSCV法測(cè)DA濃度96-97
• 4 討論97-100
• 小結(jié)100-101
• 參考文獻(xiàn)101-117
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷和研究成果117-119
• 致謝119-120

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  本文關(guān)鍵詞：利用光遺傳學(xué)解析小鼠內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)相關(guān)獎(jiǎng)賞環(huán)路，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：440821