内嗅皮层-海马输出端的空间探索功能图谱

来源 :第三军医大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:Cary1986
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目的:内嗅皮层与海马在空间学习记忆、空间探索与导航等方面起着至关重要的作用。海马内的位置细胞,内侧内嗅皮层的网格细胞、头朝向细胞、边界细胞、速率细胞等参与本体方位感觉的形成,从而在空间探索和导航中发挥作用。内嗅皮层与海马之间的纤维联系:内嗅皮层Ⅱ层神经元轴突纤维投射至DG区分子层,Ⅲ层神经元投射至CA1区分子层,DG区颗粒细胞轴突纤维经过CA3区投射与CA1区形成突触联系,在CA1区综合所有信息输入后传出至内嗅皮层深层(Ⅴ,Ⅵ层)。介于内嗅皮层与海马在空间探索与导航功能中的协同与差异,以及在纤维联系上的鲜明特点,我们希望利用光纤探测系统的钙信号光学记录方法探究MECⅡ-DG连接通路轴突末梢对空间探索的功能编码。  方法:(1)利用脑立体定位注射的方法,将AAV病毒(AAV-Syn-GCaMP5G)注射至MECⅡ层,待其感染神经元后在胞内大量繁殖并表达钙荧光指示蛋白(GCaMP5G),从而标记MECⅡ-DG连接通路。(2)利用光纤探测系统,将光纤埋植到DG区分子层记录MECⅡ层神经元轴突末梢的钙信号,结合探索行为,以及系列对照实验:对eGFP标记小鼠MECⅡ-DG轴突末梢的记录;MEC浅层注射Muscimol或TTX对轴突末梢钙信号的影响;以及MECⅡ-DG轴突末梢钙信号进行长期记录。(3)通过对小鼠在圆盆中自由探索时MECⅡ-DG轴突末梢钙信号与探索行为的联合分析;对非探索行为如在滚轮上单纯跑动,梳理毛发和吃食物等的钙信号变化的分析;对视觉输入在空间探索中作用的研究来论证MECⅡ-DG轴突末梢钙信号参与空间探索的功能编码。(4)利用四通道光纤系统在MECⅡ-DG轴突末梢同时记录4个位点的空间探索钙信号,和在不同小鼠上记录轴突末梢不同区域的空间探索钙信号,从而描绘MECⅡ-DG轴突末梢的空间探索功能编码特点。  结果:(1) AAV病毒主要感染MECⅡ层神经元,大量繁殖并表达钙荧光指示蛋白(GCaMP5G);少量Ⅲ层神经元被标记且胞内GCaMP5G的表达量均比较低;海马DG区分子层来自MECⅡ层神经元的轴突末梢被密集标记,GCaMP5G表达丰度很高;CA1区分子层被GCaMP5G标记的轴突末梢数量较少。(2) MECⅡ-DG轴突末梢钙信号在麻醉状态下以一定节律同步发放,自由探索时则呈现非同步连续发放;在eGFP标记小鼠轴突末梢未记录到类似钙信号的基线变化;MEC浅层注射Muscimol或TTX后轴突末梢钙信号被明显阻断,TTX的阻断效果不可逆,Muscimol被代谢清除后轴突末梢钙信号得以恢复;GCaMP5G标记小鼠轴突末梢钙信号可以长期稳定记录长达14天以上。(3) MECⅡ-DG轴突末梢钙信号的发放与探索活动有很好的对应关系;探索动作的发出与轴突末梢钙信号发放起点的潜伏期平均约318 ms;小鼠在滚轮上的单纯跑动,梳理毛发与吃食物等行为的钙信号强度明显低于自由探索对应的钙信号;切断视觉输入后,轴突末梢的探索钙信号幅值显著降低;小鼠对新物体的探索钙信号强度高于对熟悉物体的探索;小鼠在饥饿状态下的探索钙信号强度高于饱食状态。(4)四通道光纤系统的四个通道可以同时记录MECⅡ-DG轴突末梢4个不同位点的钙信号;MECⅡ-DG轴突末梢4个记录位点的空间探索钙信号高度同步化;MECⅡ-DG轴突末梢某些位点对空间探索的功能编码有较强的空间方位选择倾向(57%),但也存在一些空间方位选择倾向较差的位点(43%);空间方位选择倾向较好与较差的位点数呈散在分布。  结论:(1)利用AAV病毒成功建立了MECⅡ-DG连接通路的功能学标记方法。(2)通过光纤探测系统建立了在清醒自由探索小鼠的MECⅡ-DG轴突末梢长期稳定记录钙信号的方法。(3) MECⅡ-DG轴突末梢钙信号与空间探索活动高度相关;轴突末梢探索钙信号受视觉输入影响;新奇物体与饥饿状态能增强MECⅡ-DG轴突末梢的探索钙信号。(4) MECⅡ-DG轴突末梢不同位点对空间探索的功能编码具有高度同步性;半数以上位点对空间探索的功能编码具有较好的空间方位选择性,半数位点的空间方位选择性则较差。空间方位选择性较好与较差的位点约各占一半且呈散在分布的特点。
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