基底前腦膽堿能神經(jīng)元對睡眠覺醒的調(diào)節(jié)作用研究.pdf

1、基底前腦(basal forebrain，BF)內(nèi)的膽堿能神經(jīng)元在動物不同行為狀態(tài)下的腦皮層活動調(diào)節(jié)中起著重要的作用。先前的研究認(rèn)為BF內(nèi)的膽堿能神經(jīng)元與清醒或快速眼動（rapid eye movement, REM）睡眠時(shí)的皮層活躍度增高有關(guān)，但是其在睡眠覺醒中的確切作用目前仍不太清楚。隨著光遺傳學(xué)技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用，我們可以快速并特異地操縱BF的膽堿能神經(jīng)元。生物研究中一個常用的膽堿能神經(jīng)元的標(biāo)記物是膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶（choline

2、 acetyltransferase，ChAT），它是乙酰膽堿的合成酶。在ChAT-ChR2-EYFP小鼠中，外源基因ChR2-EYFP的表達(dá)受ChAT啟動子的控制，故ChR2-EYFP可以特異地表達(dá)在膽堿能神經(jīng)元中。本研究使用473nm的藍(lán)光激活ChAT-ChR2-EYFP小鼠BF的膽堿能神經(jīng)元，研究小鼠BF膽堿能神經(jīng)元在睡眠覺醒的各個時(shí)相轉(zhuǎn)化中的作用。
　　本研究首先分別在活動期和非活動期用藍(lán)光激活ChAT-ChR2-EYFP

3、小鼠BF膽堿能神經(jīng)元。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)動物處于慢波睡眠（slow wave sleep，SWS）時(shí)，15 s藍(lán)光刺激可以使動物從SWS中醒來，或者向REM睡眠發(fā)生轉(zhuǎn)化。但在REM睡眠時(shí)BF膽堿能神經(jīng)元的激活卻不能將動物喚醒，而且會降低由REM睡眠向清醒的轉(zhuǎn)化概率。光激活BF的膽堿能神經(jīng)元可以延長單個清醒和REM睡眠的時(shí)間。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，雖然BF膽堿能神經(jīng)元的興奮可以使動物從SWS向清醒或者REM睡眠快速轉(zhuǎn)化，但是并不影響SWS的最終轉(zhuǎn)化

4、概率。激活BF的膽堿能神經(jīng)元只是加速了SWS向清醒或REM睡眠的轉(zhuǎn)化。同時(shí)腦電(electroencephalographic,EEG)的能量分析顯示光刺激引起的清醒和REM睡眠在總的theta波(4-10 Hz)能量與自然情況下的清醒和REM睡眠并沒有差別。但是光刺激引起的REM睡眠在低頻theta波(4-7 Hz)能量有輕微的增加，在高頻theta波(7-10 Hz)上，誘導(dǎo)的清醒和REM睡眠的EEG能量都有所下降。低theta波能

5、量增加提示睡眠壓力的增加，這說明ChAT-ChR2-EYFP小鼠誘導(dǎo)出清醒和REM睡眠之后有更高的睡眠壓力，動物會更傾向于再次進(jìn)入SWS狀態(tài)。用一小時(shí)的光照長時(shí)程激活BF的膽堿能神經(jīng)元，可以明顯延長動物在其后24h內(nèi)的清醒時(shí)間，減少SWS時(shí)間，而且不管是在動物的活動期還是非活動期，給予光刺激都可以使動物在隨后非活動期的清醒時(shí)間增加和SWS時(shí)間減少。綜上所述，BF膽堿能神經(jīng)元在促進(jìn)覺醒和REM睡眠中起著重要作用，這些神經(jīng)元的激活可以使動物