文獻(xiàn)光遺傳學(xué)激活膽堿能神經(jīng)元在PPT和LDT

Optogeneticactivationofcholinergicneuronsinthe

PPTorLDTinducesREMsleep

ChristaJ.VanDortProcNatlAcadSciUSA.

2014Dec29.pii:201423136.[Epubaheadofprint]DepartmentofAnesthesia,CriticalCare,andPainMedicine,MassachusettsGeneralHospital,HarvardMedicalSchool,Boston一般認(rèn)為廣義的基底前腦包括以下結(jié)構(gòu):(1)下丘腦視前區(qū)和前區(qū)，(2)隔核群，(3)終紋床核，(4)斜角帶核群,(5)Meynert基底核在內(nèi)的無(wú)名質(zhì)，(6)伏核(nucleusaccumbens),(7)嗅結(jié)節(jié)，(8)嗅皮質(zhì)和(9)杏仁核群。狹義的基底前腦主要指半球前內(nèi)側(cè)面和基底面的一些靠近腦表面的灰質(zhì)，它們是(1)腹側(cè)紋狀體蒼白球(ventralstriatopallidalsystem)，又稱腹側(cè)基底節(jié);(2)杏仁核的延伸部(bednucleus-amygdalacontinuum,extendedamygdala);(3)Meynert基底核(basalnucleusofMeynert):(4)隔核及Broca氏斜角帶核。近年來(lái)文獻(xiàn)所指的基底前腦多指這些核群。而靈長(zhǎng)類的無(wú)名質(zhì)(substantiainnominata)也包括在這些灰質(zhì)群中。basalforebrainBackgroundEarlypharmacologicalandunitrecordingstudiesSuggestedthatAChwasimportantforREMsleepregulationinjectionofcholinergicdrugsintothedorsalmesopontinetegmentumreliablyinducedastateverysimilartonaturalREMsleepincatsElectricalstimulationofthelaterodorsaltegmentum(LDT)被蓋背外側(cè)incatsincreasedthepercentageoftimespentinREMsleep(14),andactivationofthepedunculopontinetegmentum(PPT)腳間腦橋被蓋inratsinducedwakefulnessandREMsleepIfcholinergicPPTandLDTneuronsarenecessaryforREMsleeptooccur,astheearlystudiessuggest,thenlesioningthePPTorLDTshoulddecreaseREMsleep.Incats,lesionsofthePPTandLDTdodisruptREMsleep,butlesionsinrodentshavehadlittleeffectonREMsleeporincreasedREMsleepThePPTandLDTaremadeupofheterogeneouspopulationsofcells,includingdistinctpopulationsofcholinergic,GABAergic,andglutamatergicneuronsRapideyemovement(REM)sleepisacriticalcomponentofrestfulsleep,yetthemechanismsthatcontrolREMsleepareincompletelyunderstood.BrainstemcholinergicneuronshavebeenimplicatedinREMsleepregulation,butheterogeneouscelltypesintheareahavemadeitdifficulttodeterminethespecificroleofeachpopulation,leadingtoadebateabouttheimportanceofcholinergicneurons.Therefore,weselectivelyactivatedbrainstemcholinergicneuronstodeterminetheirroleinREMsleepregulation.2光遺傳學(xué)光遺傳學(xué)（optogenetics）是結(jié)合遺傳工程與光這一新的光控方法來(lái)選擇和打開某種生物的某一類細(xì)胞，并操作個(gè)別神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)腦部如何產(chǎn)生γ波（gammaoscillations），并為它們?cè)谡{(diào)控腦部功能中的角色提供新證據(jù)的嶄新學(xué)科。該技術(shù)的關(guān)鍵是：先給動(dòng)物的某種特定細(xì)胞轉(zhuǎn)入一種特殊基因，這種基因表達(dá)產(chǎn)物能夠?qū)Σ煌伾獾拇碳ぷ鞒雒舾械姆磻?yīng)，再利用不同顏色的激光照射來(lái)激活或者抑制細(xì)胞的功能。光遺傳學(xué)技術(shù)的運(yùn)用包括四個(gè)步驟：第一、找尋合適的光敏蛋白。蛋白質(zhì)可以是具有天然的光敏性，也可以是經(jīng)過化學(xué)修飾而具有光敏性。第二、遺傳信息傳遞。通過轉(zhuǎn)染、病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物系的建立等方式將光敏蛋白的遺傳信息傳遞給目標(biāo)細(xì)胞。第三、可控性演示。通過從時(shí)間和空間上控制演示光線的特定性，實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞活動(dòng)的精確演示。第四、讀取研究結(jié)果?？刹捎秒姌O通過檢測(cè)細(xì)胞膜內(nèi)外電壓來(lái)測(cè)量光敏蛋白的熒光效果變化，并可用熒光性生物傳感器來(lái)檢測(cè)不同細(xì)胞的讀出值。3REM快速動(dòng)眼睡眠又稱異相睡眠或快波睡眠。此睡眠時(shí)相的腦電圖特征是呈現(xiàn)去同步化的快波。各種感覺和軀體運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)一步減退。此外，還可有間斷性的陣發(fā)性表現(xiàn)：如出現(xiàn)眼球快速運(yùn)動(dòng)、部分肢體抽動(dòng)、心率變快、血壓升高、呼吸加快等表現(xiàn)。此時(shí)易導(dǎo)致心絞痛、哮喘、阻塞性肺氣腫缺氧的發(fā)作。快波睡眠期間，腦內(nèi)蛋白質(zhì)合成增加，新的突觸聯(lián)系建立，這有利于幼兒神經(jīng)系統(tǒng)的成熟、促進(jìn)學(xué)習(xí)記憶活動(dòng)和精力的恢復(fù)。在快波睡眠時(shí)，將受試者喚醒，80%的人報(bào)告說正在做夢(mèng)，所以做夢(mèng)也是快波睡眠的一個(gè)特征。中腦橫斷面4被蓋中腦借中腦水管分為背側(cè)的頂蓋和腹側(cè)的大腦腳，大腦腳又被黑質(zhì)分為腹側(cè)的大腦腳底和背側(cè)的被蓋。腦橋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以斜方體為界，分為腹側(cè)的基底部和背側(cè)的被蓋部。MaterialsandMethodsAdultmalemice(n=23)expressingChR2undertheChATandtheirWTlittermateswereimplantedwithEEGandEMGelectrodesandbilateralfiberopticsinthePPTorLDT.Bluelightfromalase