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xianqi【视频】【小鼠大学问】敢不敢蹦极?问问你的“焦虑细胞”-模式生物

【视频】【小鼠大学问】敢不敢蹦极池方圆?问问你的“焦虑细胞”-模式生物

当你站在高处的时候,会不会有默默缩回脚、往后挪一挪的本能反应张正芬 ?
这也许是因为,你大脑中的一群细胞正在拼命地呐喊:
“哎玛!好怕怕!”
你问我是怎么知道的?
CUIM和UCSF的研究者们和他们的小鼠朋友们发现了这群“好怕怕”的细胞,研究成果“Anxiety Cells in a Hippocampal-Hypothalamic Circuit”发表在最新的《Neuron》上哦!

在讲这个故事之前,我们先介绍两种最为常用的评价小鼠焦虑水平的行为学实验:
高架十字迷宫实验(Elevated plus maze, EPM)
旷场实验(Open field test, OFT)
这两种方法的原理都是基于小鼠的趋避性——也就是小鼠畏惧开阔、未知、可能具有危险的场所,而天性喜欢“贴墙”活动。
高架十字迷宫(EPM)
由开放臂(open arm)和封闭臂(close arm)各两条组成,呈十字形交叉,交叉部分为中央区域。整个十字形迷宫距地面有一定的高度。
小鼠面对开放臂产生好奇心而想要探索,同时又有着趋暗避明的天性,两者之间发生探究与回避的冲突行为,产生焦虑心理。可以通过比较小鼠在开放臂和封闭臂内的滞留时间和路程来评价小鼠的焦虑行为。一般认为,小鼠在开放臂中滞留的时间和路程越多,小鼠的焦虑水平越低。

图1. EPM实验装置
(图片来自《应用高架十字迷宫分析小鼠焦虑行为》
Chinese Journal of Cell Biology 2011, 33(5): 466-472)
旷场实验(OFT)
装置一般有一个正方形的箱子,顶部有摄像机qq互赞群 。
这个正方形的场地可以划分为中央区域(center)和周边区域(periphery)。
小鼠如果在中央区域的活动越多,说明小鼠的焦虑水平相对就越低。

图2. OFT实验装置
(图片来自《旷场实验在小鼠行为分析中的应用》
Chinese Journal of Cell Biology 2011巴特尔道尔吉, 33(11): 1191–1196)
当然,评价焦虑水平的行为学实验还有很多林爱儿,xianqi比如:穿梭箱试验(Shuttlebox test),明暗探索实验(Light/Dark Exploration Test),社交活动试验 (Social interaction test) 等等。以后我们再一一介绍。
有趣的研究来咯~

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利用神经元钙离子成像技术(calcium imaging),将小型显微镜插入实验小鼠的大脑中,记录大脑海马区域中细胞的活动情况。
在EPM中黄帝颂,当小鼠探索开放臂时,海马腹侧CA1(Ventral CA1, vCA1)区域的神经元细胞活动明显增加。当小鼠在开放臂中向高架下方探头时,vCA1神经元活性进一步升高。此外大舌头歌词 ,vCA1激活水平与小鼠对开放臂的躲避程度呈正相关佣兵大小姐。小鼠越焦虑,vCA1神经元细胞越活跃。

图3.Representations of Anxiety-Related Information in vCA1

视频来自 Lab of Rene Hen, PhD, Columbia University Irving Medical Center
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利用光遗传学技术使vCA1神经元细胞沉默,小鼠就会放弃相对安全的封闭臂,凌潇潇反而徘徊在EPM开放臂上,远离防护墙。

图4.Real-Time Control of Avoidance Behavior by vCA1
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在抑制性GABA能神经元特异性Cre小鼠(vGAT-Cre)中使用钙离子成像技术发现,vCA1抑制性中间神经元并未参与到与焦虑相关的行为(对开放臂的探索)中。

图5.vCA1 Inhibitory Interneurons Are Not Recruited during Open-Arm Exploration
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基底杏仁核(BA)和外侧下丘脑(LHA)是两个与焦虑相关行为、习得性恐惧、压力抑郁密切相关的脑区当涂一中。
利用光遗传学技术发现,vCA1神经元既投射到BA,也投射到LHA。
用两种不同的逆行示踪染料染色发现,投射到BA的vCA1神经元与投射到LHA的vCA1神经元并不重叠,是两群不同的细胞。

图6.Separate Populations of vCA1 Neurons Project to the Basal Amygdala and Lateral Hypothalamus
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这两种不同的vCA1投射回路对小鼠的行为有不同的作用:
激活vCA1-BA投射后,小鼠场景恐惧条件反射的建立受到干扰;而激活vCA1-LHA投射不影响场景恐惧的编码与读取。
激活vCA1-LHA投射反而使小鼠在旷场实验中中央区域的探索显著减少,增加了小鼠的焦虑水平;而激活vCA1-BA投射不影响小鼠的焦虑行为。

图7.vCA1-Amygdala and vCA1-LHA Projectors Differentially Contribute to Anxiety-Related Behavior and Learned Fear
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利用可逆行感染投射神经元的2型犬腺病毒CAV2-Cre,分别注射在BA或LHA区域,结合钙离子成像技术发现,EPM实验中,vCA1-LHA神经元在开放臂与封闭臂之间的活性变化差异更明显,而且被开放臂激活的焦虑细胞中vCA1-LHA神经元也占据主力。
看来,“焦虑细胞”就是这群vCA1-LHA神经元啦~

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