文献光遗传学激活胆碱能神经元在PPT和LDT

Optogeneticactivationofcholinergicneuronsinthe

PPTorLDTinducesREMsleep

ChristaJ.VanDortProcNatlAcadSciUSA.

2014Dec29.pii:201423136.[Epubaheadofprint]DepartmentofAnesthesia,CriticalCare,andPainMedicine,MassachusettsGeneralHospital,HarvardMedicalSchool,Boston一般认为广义的基底前脑包括以下结构:(1)下丘脑视前区和前区，(2)隔核群，(3)终纹床核，(4)斜角带核群,(5)Meynert基底核在内的无名质，(6)伏核(nucleusaccumbens),(7)嗅结节，(8)嗅皮质和(9)杏仁核群。狭义的基底前脑主要指半球前内侧面和基底面的一些靠近脑表面的灰质，它们是(1)腹侧纹状体苍白球(ventralstriatopallidalsystem)，又称腹侧基底节;(2)杏仁核的延伸部(bednucleus-amygdalacontinuum,extendedamygdala);(3)Meynert基底核(basalnucleusofMeynert):(4)隔核及Broca氏斜角带核。近年来文献所指的基底前脑多指这些核群。而灵长类的无名质(substantiainnominata)也包括在这些灰质群中。basalforebrainBackgroundEarlypharmacologicalandunitrecordingstudiesSuggestedthatAChwasimportantforREMsleepregulationinjectionofcholinergicdrugsintothedorsalmesopontinetegmentumreliablyinducedastateverysimilartonaturalREMsleepincatsElectricalstimulationofthelaterodorsaltegmentum(LDT)被盖背外侧incatsincreasedthepercentageoftimespentinREMsleep(14),andactivationofthepedunculopontinetegmentum(PPT)脚间脑桥被盖inratsinducedwakefulnessandREMsleepIfcholinergicPPTandLDTneuronsarenecessaryforREMsleeptooccur,astheearlystudiessuggest,thenlesioningthePPTorLDTshoulddecreaseREMsleep.Incats,lesionsofthePPTandLDTdodisruptREMsleep,butlesionsinrodentshavehadlittleeffectonREMsleeporincreasedREMsleepThePPTandLDTaremadeupofheterogeneouspopulationsofcells,includingdistinctpopulationsofcholinergic,GABAergic,andglutamatergicneuronsRapideyemovement(REM)sleepisacriticalcomponentofrestfulsleep,yetthemechanismsthatcontrolREMsleepareincompletelyunderstood.BrainstemcholinergicneuronshavebeenimplicatedinREMsleepregulation,butheterogeneouscelltypesintheareahavemadeitdifficulttodeterminethespecificroleofeachpopulation,leadingtoadebateabouttheimportanceofcholinergicneurons.Therefore,weselectivelyactivatedbrainstemcholinergicneuronstodeterminetheirroleinREMsleepregulation.2光遗传学光遗传学（optogenetics）是结合遗传工程与光这一新的光控方法来选择和打开某种生物的某一类细胞，并操作个别神经细胞的活动，发现脑部如何产生γ波（gammaoscillations），并为它们在调控脑部功能中的角色提供新证据的崭新学科。该技术的关键是：先给动物的某种特定细胞转入一种特殊基因，这种基因表达产物能够对不同颜色光的刺激作出敏感的反应，再利用不同颜色的激光照射来激活或者抑制细胞的功能。光遗传学技术的运用包括四个步骤：第一、找寻合适的光敏蛋白。蛋白质可以是具有天然的光敏性，也可以是经过化学修饰而具有光敏性。第二、遗传信息传递。通过转染、病毒转导、转基因动物系的建立等方式将光敏蛋白的遗传信息传递给目标细胞。第三、可控性演示。通过从时间和空间上控制演示光线的特定性，实现对细胞活动的精确演示。第四、读取研究结果。可采用电极通过检测细胞膜内外电压来测量光敏蛋白的荧光效果变化，并可用荧光性生物传感器来检测不同细胞的读出值。3REM快速动眼睡眠又称异相睡眠或快波睡眠。此睡眠时相的脑电图特征是呈现去同步化的快波。各种感觉和躯体运动功能进一步减退。此外，还可有间断性的阵发性表现：如出现眼球快速运动、部分肢体抽动、心率变快、血压升高、呼吸加快等表现。此时易导致心绞痛、哮喘、阻塞性肺气肿缺氧的发作。快波睡眠期间，脑内蛋白质合成增加，新的突触联系建立，这有利于幼儿神经系统的成熟、促进学习记忆活动和精力的恢复。在快波睡眠时，将受试者唤醒，80%的人报告说正在做梦，所以做梦也是快波睡眠的一个特征。中脑横断面4被盖中脑借中脑水管分为背侧的顶盖和腹侧的大脑脚，大脑脚又被黑质分为腹侧的大脑脚底和背侧的被盖。脑桥的内部结构以斜方体为界，分为腹侧的基底部和背侧的被盖部。MaterialsandMethodsAdultmalemice(n=23)expressingChR2undertheChATandtheirWTlittermateswereimplantedwithEEGandEMGelectrodesandbilateralfiberopticsinthePPTorLDT.Bluelightfromalase