将光敏感通道蛋白(如ChR2用于激活,NpHR/eNpHR3.0用于抑制)的基因通过病毒载体特异性地表达在目标神经元中,然后用特定波长的光照射,实现对神经元活动的毫秒级精确控制。
通过立体定位手术将携带光敏蛋白基因(如hChR2, eNpHR3.0)的病毒(如AAV)注射到目标脑区。可结合细胞类型特异性启动子(如CaMKIIa用于兴奋性神经元,GAD用于抑制性神经元)或Cre/loxP系统实现细胞类型特异性表达。
光纤植入:在病毒注射位点(胞体或投射末梢)附近植入光纤,用于传递光刺激。
在动物执行特定行为任务(如学习、记忆、社交、运动)时进行光刺激,观察行为变化,从而推断该神经环路的功能。
为了探究不同dmPFC下游投射通路在调控社会优势等级中的功能作用,研究采用光遗传学方法对特定神经环路进行抑制。具体方法如下:首先,使用AAV病毒在小鼠背内侧前额叶皮层(dmPFC)双侧表达增强型抑制性视蛋白eNpHR3.0;随后,在dmPFC的六个主要下游脑区(包括MDT、dmCPu、NAc、DRN、PAG和aBLA)上方植入光纤以实现对各投射末梢的特异性光遗传抑制。待小鼠在钻管测试中的社交等级连续稳定至少4天后,选择其中一只进行实验。在该小鼠进入测试管与对手对峙前,立即给予特定波长的黄光照射(如593 nm)以抑制目标通路的神经活动。通过记录光抑制前后小鼠在钻管测试中的胜负结果、退缩次数及等级变化,评估各神经通路对社会优势行为的影响。
同时,在目标下游脑区包括丘脑内侧背核(MDT)、背侧内侧尾状壳核(dmCPu)、伏隔核(NAc)、中缝背核(DRN)、中脑导水管周围灰质(PAG)以及前基底外侧杏仁核(aBLA)的投射末梢区域上方植入光纤,光纤尖端精确置于目标核团。
手术后给予小鼠至少3周恢复时间并确保eNpHR3.0在dmPFC神经元胞体中充分表达,且其轴突末梢在目标下游脑区稳定表达。
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将四只成年雄性小鼠共同饲养于同一笼内,建立稳定的社群结构。每日进行钻管测试(Tube Test),记录每对小鼠相遇时的胜负结果,计算个体优势指数(Dominance Index)。持续测试直至所有小鼠的优势等级连续4天保持不变,确认等级结构稳定。
该案例围绕dmPFC如何通过下游神经环路调控小鼠社交等级展开,核心思路如下:
作者首先通过全脑c-Fos映射,筛选社交竞争后胜利者与失败者小鼠中dmPFC下游脑区的差异表达,定位出与胜负相关的潜在脑区(如 DRN、PAG、aBLA 等)。
针对这些候选脑区,利用光遗传学技术特异性操控 dmPFC 与其连接的通路(激活或抑制),观察小鼠在钻管测试中的社交等级变化,明确各通路的功能(促进胜利或失败)。
结合逆行示踪和光纤记录法,探究不同功能通路的神经元在 dmPFC 中的解剖位置(分层分布)及活动动态,验证其与行为的关联。
进一步通过体内外电生理记录,揭示不同通路间的相互作用机制(如失败相关通路对胜利相关通路的抑制)
抑制该通路后,小鼠撤退行为显著增加,社交等级降低。表明该通路功能为促进胜利,抑制后导致小鼠竞争能力下降。
抑制后,小鼠撤退行为显著增加,社交等级降低。表明该通路同样为胜利相关通路,抑制后削弱竞争优势。
抑制后,小鼠撤退行为减少,社交等级升高。表明该通路功能为促进失败,抑制后增强竞争能力。
激活 aBLA小鼠社交等级降低。表明 aBLA 直接参与社交等级调控,与 dmPFC-aBLA 通路功能一致。
激活 dmPFC 第 九游app2/3 层神经元小鼠社交等级降低,与失败相关通路的功能一致。
验证了不同层神经元的功能分离(第 5 层促进胜利,第 2/3 层促进失败)。
胜利相关通路(dmPFC-DRN、dmPFC-PAG):激活促进胜利,抑制导致失败;
两类通路的神经元分别位于 dmPFC 的第 5 层和第 2/3 层,且失败相关通路通过局部中间神经元抑制胜利相关通路,形成拮抗调节机制。
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