【小鼠大學(xué)問】敢不敢蹦極?問問你的“焦慮細(xì)胞”


CUIM和UCSF的研究者們和他們的小鼠朋友們發(fā)現(xiàn)了這群“好怕怕”的細(xì)胞,研究成果“Anxiety Cells in a Hippocampal-Hypothalamic Circuit”發(fā)表在最新的《Neuron》上哦!

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在講這個故事之前,我們先介紹兩種最為常用的評價小鼠焦慮水平的行為學(xué)實(shí)驗(yàn):
  • 高架十字迷宮實(shí)驗(yàn)(Elevated plus maze, EPM)
  • 曠場實(shí)驗(yàn)(Open field test, OFT)

這兩種方法的原理都是基于小鼠的趨避性——也就是小鼠畏懼開闊、未知、可能具有危險的場所,而天性喜歡“貼墻”活動。

南模生物可提供單項(xiàng)或成套的小鼠行為學(xué)分析服務(wù)

高架十字迷宮(EPM)

由開放臂(open arm)和封閉臂(close arm)各兩條組成,呈十字形交叉,交叉部分為中央?yún)^(qū)域。整個十字形迷宮距地面有一定的高度。

小鼠面對開放臂產(chǎn)生好奇心而想要探索,同時又有著趨暗避明的天性,兩者之間發(fā)生探究與回避的沖突行為,產(chǎn)生焦慮心理??梢酝ㄟ^比較小鼠在開放臂和封閉臂內(nèi)的滯留時間和路程來評價小鼠的焦慮行為。一般認(rèn)為,小鼠在開放臂中滯留的時間和路程越多,小鼠的焦慮水平越低。

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圖1. EPM實(shí)驗(yàn)裝置(圖片來自《應(yīng)用高架十字迷宮分析小鼠焦慮行為》Chinese Journal of Cell Biology 2011, 33(5): 466-472)

曠場實(shí)驗(yàn)(OFT)

裝置一般有一個正方形的箱子,頂部有攝像機(jī)。

這個正方形的場地可以劃分為中央?yún)^(qū)域(center)和周邊區(qū)域(periphery)。

小鼠如果在中央?yún)^(qū)域的活動越多,說明小鼠的焦慮水平相對就越低。

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圖2. OFT實(shí)驗(yàn)裝置(圖片來自《曠場實(shí)驗(yàn)在小鼠行為分析中的應(yīng)用》Chinese Journal of Cell Biology 2011, 33(11): 1191–1196)

當(dāng)然,評價焦慮水平的行為學(xué)實(shí)驗(yàn)還有很多,比如:穿梭箱試驗(yàn)(Shuttlebox test),明暗探索實(shí)驗(yàn)(Light/Dark Exploration Test),社交活動試驗(yàn) (Social interaction test) 等等。以后我們再一一介紹。

科學(xué)研究表明

1.利用神經(jīng)元鈣離子成像技術(shù)(calcium imaging),將小型顯微鏡插入實(shí)驗(yàn)小鼠的大腦中,記錄大腦海馬區(qū)域中細(xì)胞的活動情況。

在EPM中,當(dāng)小鼠探索開放臂時,海馬腹側(cè)CA1(Ventral CA1, vCA1)區(qū)域的神經(jīng)元細(xì)胞活動明顯增加。當(dāng)小鼠在開放臂中向高架下方探頭時,vCA1神經(jīng)元活性進(jìn)一步升高。此外,vCA1激活水平與小鼠對開放臂的躲避程度呈正相關(guān)。小鼠越焦慮,vCA1神經(jīng)元細(xì)胞越活躍。

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圖3. Representations of Anxiety-Related Information in vCA1

2.利用光遺傳學(xué)技術(shù)使vCA1神經(jīng)元細(xì)胞沉默,小鼠就會放棄相對安全的封閉臂,反而徘徊在EPM開放臂上,遠(yuǎn)離防護(hù)墻。

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圖4. Real-Time Control of Avoidance Behavior by vCA1

3.在抑制性GABA能神經(jīng)元特異性Cre小鼠(vGAT-Cre)中使用鈣離子成像技術(shù)發(fā)現(xiàn),vCA1抑制性中間神經(jīng)元并未參與到與焦慮相關(guān)的行為(對開放臂的探索)中。

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圖5. vCA1 Inhibitory Interneurons Are Not Recruited during Open-Arm Exploratio

4.基底杏仁核(BA)和外側(cè)下丘腦(LHA)是兩個與焦慮相關(guān)行為、習(xí)得性恐懼、壓力抑郁密切相關(guān)的腦區(qū)。

利用光遺傳學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn),vCA1神經(jīng)元既投射到BA,也投射到LHA。

用兩種不同的逆行示蹤染料染色發(fā)現(xiàn),投射到BA的vCA1神經(jīng)元與投射到LHA的vCA1神經(jīng)元并不重疊,是兩群不同的細(xì)胞。

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圖6. Separate Populations of vCA1 Neurons Project to the Basal Amygdala and Lateral Hypothalamus

5.這兩種不同的vCA1投射回路對小鼠的行為有不同的作用:

激活vCA1-BA投射后,小鼠場景恐懼條件反射的建立受到干擾;而激活vCA1-LHA投射不影響場景恐懼的編碼與讀取。

激活vCA1-LHA投射反而使小鼠在曠場實(shí)驗(yàn)中中央?yún)^(qū)域的探索顯著減少,增加了小鼠的焦慮水平;而激活vCA1-BA投射不影響小鼠的焦慮行為。

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圖7. vCA1-Amygdala and vCA1-LHA Projectors Differentially Contribute to Anxiety-Related Behavior and Learned Fear

6.利用可逆行感染投射神經(jīng)元的2型犬腺病毒CAV2-Cre,分別注射在BA或LHA區(qū)域,結(jié)合鈣離子成像技術(shù)發(fā)現(xiàn),EPM實(shí)驗(yàn)中,vCA1-LHA神經(jīng)元在開放臂與封閉臂之間的活性變化差異更明顯,而且被開放臂激活的焦慮細(xì)胞中vCA1-LHA神經(jīng)元也占據(jù)主力。

看來,“焦慮細(xì)胞”就是這群vCA1-LHA神經(jīng)元啦~

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圖8. The vCA1-LHA Projection Is Enriched in Anxiety Cells





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