內嗅皮層(Ent)是連接海馬與皮層和皮層下區域的關鍵節點。光刺激內嗅皮層投射到海馬的神經環路可以改善抑郁樣癥狀,增強學習記憶功能。
內嗅皮層的淺表層(第1到3層)和深層(第5和6層)存在明顯的差異,淺表層主要接受來自于皮層的輸入,深層主要接受海馬區域的輸入。內嗅皮層的第5層可進一步分為5a和5b層,5a層靠近內嗅皮層第4層,主要分布胞體較大的椎體神經元,而胞體較小的神經元分布在5b層。
視覺皮層接收來自內嗅皮層第5a 神經元的傳入。重復經顱磁刺激是**抑郁癥的一種主要方式。視覺皮層已成為腦刺激療法的新靶點,刺激該區域可以迅速緩解抑郁癥,且副作用小。
2022年4月6日清華大學醫學院郭增才研究團隊在Molecular Psychiatry雜志上發表文章揭示了內嗅皮層-視覺皮層環路調控抑郁樣行為。
順行示蹤病毒發現內嗅皮層第5a 層神經元廣泛投射到超過35個皮層和皮層下區域,其中尾殼核和 NAc區域接受的投射*為密集,視覺皮層、壓后皮層和前扣帶皮層、基底外側杏仁核(BLA)等區域接受的輸入也較多(圖1)。進一步示蹤實驗表明與投射到NAc、BLA等區域不同,內嗅皮層第5a 層神經元投射到內側次級視覺皮層的神經環路(以下簡稱Ent →V2M環路)具有很大的獨立性。
慢性應激被廣泛應用于誘發抑郁樣動物模型中,在這個過程中動物行為表型存在應激抵抗型和應激敏感型。研究人員通過3周慢性應激引起小鼠抑郁樣行為的同時降低了內嗅皮層第5a 神經元的活性。通過化學遺傳學技術抑制Ent →V2M環路后能夠誘發小鼠抑郁樣行為,能夠模擬慢性應激引起的行為障礙。
圖2:抑制Ent →V2M環路后誘發抑郁樣行為
應激敏感型表現出明顯的抑郁樣行為,但應激抵抗型小鼠并不會表現出抑郁樣行為障礙,但在抑制Ent →V2M環路后能夠誘發抵抗型小鼠抑郁樣行為。在光激活應激敏感型小鼠Ent →V2M環路能夠明顯緩解抑郁樣行為,這些結果表明Ent →V2M環路在應激引起的抑郁樣行為中發揮重要作用。
圖3:光纖鈣成像記錄Ent →V2M環路神經元鈣離子活性
研究人員在Ent腦區注射鈣離子指示劑jGCaMP7b,在V2M區域埋置光纖,實現監測Ent →V2M環路神經元活性。與處于絕望不動期間相比,小鼠在強迫游泳實驗中活動期間的神經元活性更強一些;束縛實驗中小鼠掙扎期間神經元活性強,這些結果進一步表明Ent →V2M環路神經元激活具有抗抑郁效應。
已有研究表明外界光可通過視網膜-丘腦和上丘環路發揮抗抑郁作用。本文發現Ent →V2M環路的抗抑郁作用并不會依賴于外界光刺激:阻斷小鼠視覺輸入(蒙上眼睛)后激活Ent →V2M環路依然發揮抗抑郁作用;紅光和白光刺激均不會影響束縛應激下Ent →V2M環路神經元的活性。
總的來說,本文揭示了經顱刺激視覺皮層**抑郁癥的潛在神經環路機制:內嗅皮層→內側次級視覺皮層環路。
動物行為分析軟件:
1. VisuTrack軟件
2. SuperMaze軟件
3. FishTrack斑馬魚分析軟件
動物行為儀器:
1. 自身給藥、條件恐懼、斯金納、震驚反射(PPI)、跑步機、各類經典迷宮等
2、動物抓撓分析儀、動物震顫行為分析儀、動物捕食行為分析儀
3、動物主動步態分析、動物被動步態分析、動物自由步態分析(內測中)
4、睡眠剝奪儀、體溫維持儀、智能熱板儀、轉棒疲勞儀、鼠尾光照測痛儀等
神經電生理:
1、光遺傳、無線光遺傳
2、光纖記錄系統(單通道、多通道)
3、電生理信號采集系統(腦電、肌電等)