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药理学系睡眠课题组揭示丘脑下旁核调控探索相关觉醒的作用和机制

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发布时间:2023-04-26

好奇心和探索新环境是生物适应和生存的本能行为。探索性行为依赖于高度觉醒,然而,与探索行为相关的觉醒神经环路及其机制有待阐明。近日,药理学系睡眠课题组团队在Nature CommunicationsIF=17.694)发表研究成果,揭示丘脑下旁核(parasubthalamic nucleus, PSTN)钙网膜蛋白(calretinin, CR)神经元调控探索相关觉醒行为的作用及机制。

研究人员采用光纤钙信号记录PSTNCR神经元在自主睡眠-觉醒和其它多种行为中的活性变化,发现PSTNCR神经元在觉醒和探索行为中活性最高,表明其与觉醒和探索行为高度相关。运用控制神经元活性的化学遗传学和光遗传学方法,结合脑电肌电记录以及行为学实验进一步研究发现:激活PSTNCR神经元可显著增加小鼠觉醒时间以及觉醒期间探索行为的比例,反之,抑制PSTNCR神经元则显著降低小鼠觉醒以及探索行为,表明PSTNCR神经元调控生理性觉醒和探索行为。为阐明PSTNCR神经元调节觉醒行为的神经环路机制,采用形态学、电生理学技术和光遗传学方法等,发现PSTNCR神经元主要通过PSTNCR-VTAventral tegmental area,腹侧被盖区)和PSTNCR-PBparabrachial nucleus, 臂旁核)通路调控觉醒,而PSTNCR-VTA通路诱导的觉醒与探索行为相关。虽然PSTNCR向觉醒核团丘脑室旁核(paraventricular thalamus,PVT)发出纤维投射,但PSTNCR-PVT环路在PSTNCR主导的觉醒和探索行为中不发挥作用。

该研究揭示了PSTNCR神经元调控觉醒和探索行为的作用及其神经环路机制,但与焦虑及抑郁等负面情绪无关。研究成果可能为临床治疗睡眠障碍提供新靶点和新思路。

文章作者及基金支持

课题组成员郭涵和江建波为论文共同第一作者;复旦大学黄志力教授,曲卫敏教授和复旦大学附属中山医院李善群教授为共同通讯作者。本工作得到脑科学研究院何苗教授、日本筑波大学Lazarus Michael研究员等人员的支持和帮助。该研究在中国脑计划“脑科学与类脑研究”重大科技项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金和上海市科委等课题支持下完成。

文章信息及链接:Han Guo, Jian-Bo Jiang, Wei Xu, Mu-Tian Zhang, Hui Chen, Huan-Ying Shi, Lu Wang, Miao He, Michael Lazarus, Shan-Qun Li, Zhi-Li Huang & Wei-MinQu. Nature Communications. 2023, April 25, 14:2346. https://doi.org/10.1038/s41467-023-37797-y

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