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动与不动之间,背缝核细胞各有怎样的节奏?

Frontiers in behavioral neuroscience · 2022-05-31

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Frontiers in Behavioral Neuroscience · 研究前沿

动与不动之间,背缝核细胞各有怎样的节奏?

小鼠应激应对测试中,背缝核细胞呈现不同放电方向。血清素相关群体以不动时降低为主,PV群体则更为多样;群体节律和突发放电也带有状态差别。

原论文图3D局部:背缝核血清素相关细胞的TPH2荧光标记

同一只小鼠从活动转为不动时,脑内细胞会一起安静下来吗?2022年5月31日发表于 Frontiers in Behavioral Neuroscience 的研究,记录了小鼠尾悬测试中的背缝核DRN活动。这里是脑内血清素系统的重要来源,也包含多种局部调节细胞。研究发现,行为切换并没有对应一个整齐划一的放电方向:不少细胞在不动时降低活动,少数反而升高。进一步辨认血清素相关与PV相关细胞后,这份差别又显露出不同组成,提示理解应激应对,需要同时看群体身份、状态和放电方式。

关键发现

DRN放电对行为状态的关联具有异质性:SERT相关细胞多数在不动时降低放电,PV相关细胞包含两个方向;不动状态还伴随较高gamma功率占比和较少的突发放电。

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同一个脑区,不只有一种活动方向

研究同时观察小鼠行为和DRN神经单元的放电,将尾悬测试中的活动期与不动期进行比较。记录来自21只小鼠,共248个单元;单元数描述细胞采样规模,独立动物数量仍是另一层信息。把同一细胞在不同状态下的信号放在一起,有助于区分共同的状态变化和细胞之间原本存在的差别,也让后面的群体分类有了清楚参照。

从活动转入不动时,约61%的单元放电降低,约4%升高,其余没有明显同类变化。作者用S、D等字母标记这些响应类别,它们按行为关联定义,既不是已经确定的分子亚型,也不直接等同于动物内心的“求生”或“绝望”。

单细胞变安静,局部节律却能更突出

研究还查看了DRN局部场电位。在不动期,所分析gamma频段的功率占比高于活动期。这是群体电信号中某一频段所占比例的变化,提供了与单个细胞放电频率不同的观察角度。

因此,单元放电降低与节律占比升高可以同时出现。局部网络怎样共同组织活动,可能比一个平均放电值更丰富。此次比较建立了状态关联,尚未通过单独改变gamma节律来证明它会决定小鼠何时活动或停止。

大多数降低放电,也保留了其他响应

在辨认出的106个SERT相关单元中,约69%属于不动时放电较低的S类,约3%属于相反的D类。其余单元未归入这两个变化类别。SERT是血清素转运体相关标记,它帮助研究者辨认细胞身份,却没有让整个群体变成同一种响应。

波形分析中,不同放电形状没有清楚对应这两种行为关联类别。研究展示的细胞还可在熟悉笼内与尾悬情境中呈现不同响应:笼内动与不动的比较未必重现尾悬中的差别。行为的环境背景,因而与移动本身同样值得考虑。

原论文图 3SERT相关细胞的组成与状态响应
SERT相关细胞的组成与状态响应
图3展示SERT相关单元的类别比例、波形及代表性状态比较,群体多数方向与个体多样性同时存在。
来源:Zhou L et al. · Frontiers in behavioral neuroscience · CC BY
查看原图与英文图注 ↗

PV相关细胞,两种方向都存在

PV即小清蛋白,常用于辨认部分抑制性细胞。这里辨认出的33个PV相关单元中,约52%是不动时放电降低的S类,约21%是不动时升高的D类。一个共同标记下,已经包含不同的行为关联方向。

这些单元的波形也有所不同,D类峰到谷的时间较短。研究还展示了尾悬整体情境与其中动、不动阶段之间的区别:某个细胞在尾悬中总体较活跃,同时仍可在不动阶段降低放电。不同参照下的结果,并不矛盾。

原论文图 4PV相关细胞的两类状态关联
PV相关细胞的两类状态关联
图4显示PV相关群体中S、D类并存,代表性细胞在测试整体和内部状态切换中有不同响应。
来源:Zhou L et al. · Frontiers in behavioral neuroscience · CC BY
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除了频率,成串方式也随状态变化

神经单元可以发出分散的单个脉冲,也可以在短时间内连续形成突发放电。研究对两类已辨认细胞进行了描述性比较:不动时,突发放电所占比例更少,单个脉冲占比较高。活动状态中的电信号组织方式,由此又多了一层差别。

频率和突发比例反映不同方面。即使总放电水平接近,脉冲是否成串也可能改变信息传递方式。此次研究并未同步测量血清素释放,也未直接检验突发放电如何改变行为;这些联系仍属于后续机制研究的问题。

原论文图 5单脉冲与突发放电的比例
单脉冲与突发放电的比例
图5以代表性信号和比例图描述不同状态的放电组成,不动期突发比例较少。
来源:Zhou L et al. · Frontiers in behavioral neuroscience · CC BY
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细胞身份之外,还要看状态和情境

这项研究的价值,在于为DRN的异质性补上活体电活动细节。SERT相关细胞的多数方向、PV相关群体的双向分布,以及gamma和突发模式,让一个脑区在应激应对中的参与显得更加具体。它并未证明PV群体通过某个已确定的局部连接控制了全部血清素细胞。

尾悬中的不动是一种任务行为,仍会受到运动、情境和应对策略的共同影响。哪些细胞亚型承担因果作用、改变某种节律或突发模式能否改善相关表现,以及这些线索是否适用于人类,都需要进一步研究。

论文信息

Zhou L, Liu D, Xie Z, Deng D, Shi G, Zhao J, Bai S, Yang L, Zhang R, Shi Y.
Electrophysiological Characteristics of Dorsal Raphe Nucleus in Tail Suspension Test
Frontiers in behavioral neuroscience · 2022-05-31
DOI: 10.3389/fnbeh.2022.893465