中脑抑制性细胞,助小鼠更快从麻醉中恢复
腹外侧导水管周围灰质的一组GABA能细胞,在七氟烷麻醉中活动下降。增强其活动可加快恢复,并改变脑电;皮层输入与通向腹侧被盖区的输出也参与这一调节。
进入麻醉与从中恢复,看似相反,却未必依靠同一套变化倒放。2023年8月14日发表于 iScience 的小鼠研究发现,增强腹外侧导水管周围灰质(vlPAG)的GABA能细胞活动,可以让动物更快恢复翻正反射,却没有显著改变失去翻正反射的时间。研究沿着皮层输入和中脑输出展开,揭示抑制性神经元也能在特定回路中促进麻醉恢复。
vlPAG GABA能细胞的激活与抑制,分别加快和延后七氟烷麻醉恢复;诱导时间未显著改变。激活mPFC至vlPAG输入或vlPAG至VTA末梢也能促进恢复,而VTA局部GABA信号提供了连接上下游的动态线索。
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麻醉时信号降低,恢复时逐渐回升
vlPAG环绕中脑导水管,参与睡眠、防御和疼痛等功能。研究者先观察其中GABA能细胞群的钙信号:七氟烷吸入开始后,信号逐步降低;停止吸入后,又逐渐升高。它们的群体活动与麻醉状态转换相伴。
在持续麻醉期间,钙信号有时也会出现升高。相伴的脑电中,慢波δ成分减少,β、γ成分增加。这些自然出现的共同变化提出了问题:这组细胞只是跟随状态变化,还是能够推动恢复?
来源:Guo Y et al. · iScience · CC BY-NC-ND
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恢复加快,诱导时间却未显著改变
直接增强这组细胞活动后,停止七氟烷的小鼠更早恢复翻正反射。开始吸入时采用相应激活,失去翻正反射的时间却没有显著变化。两种时间读出出现不同结果,显示这组细胞对恢复阶段的影响更为突出。
在较深的麻醉维持状态,激活还减少了脑电爆发抑制比例,即长段低活动间隔所占的时间。在较浅的维持条件下,脑电慢波成分下降,较快频段增强,动物的体动评分也提高。脑电和行为两类指标共同显示促觉醒方向的变化。
爆发抑制是活动爆发与低活动时段交替出现的脑电模式。这里不仅观察停止吸入麻醉药后的恢复,也在麻醉药仍存在时考察网络能否被推动。维持期脑电改变和停药后翻正反射提前,分别描绘了网络状态与行为恢复的变化。
来源:Guo Y et al. · iScience · CC BY-NC-ND
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抑制这组细胞,恢复需要更久
另一种持续性较强的激活方式也得到类似结果:翻正反射恢复更快,脑电爆发抑制减少,诱导时间未显著变化。不同干预方式的结果相互支持,说明现象并不限于一次短暂光刺激。
反过来抑制这组细胞,恢复翻正反射所需时间延长,麻醉维持期间的爆发抑制增加,诱导时间仍未显著改变。激活与抑制形成方向相反的行为结果,把这组细胞与恢复过程的调节联系起来。
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通向VTA的末梢也能促进恢复
vlPAG的GABA能细胞并不只向一个位置输出。示踪在腹侧被盖区(VTA)、外侧视前区和未定带都发现纤维,但本研究中,激活后两个区域的末梢未见显著麻醉效应,VTA末梢则能够缩短恢复时间。
与细胞群整体激活类似,VTA末梢激活没有显著改变诱导时间,却降低维持期爆发抑制;在较浅条件下,慢波减少、快速频段和体动评分增加。这些结果把促恢复作用进一步指向vlPAG至VTA的输出。
VTA包含多类神经元,既有多巴胺细胞,也有GABA能和谷氨酸能细胞。一束抑制性输入对网络的影响,会随接收者而不同。作者提出,若vlPAG输入压低VTA中的抑制性细胞,便可能解除其他输出所受的约束;这是解释促恢复现象的模型,接收细胞的具体功能仍待进一步解析。
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前额叶也能从上游推动变化
上游追踪则找到内侧前额叶皮层(mPFC)。增强来自mPFC兴奋性细胞、位于vlPAG的投射末梢活动,也让小鼠更早恢复翻正反射,而诱导时间未显著变化。中脑的促恢复作用由此与皮层输出联系起来。
相应脑电表现同样包括爆发抑制减少,以及较浅麻醉下δ成分下降、β和γ成分增加。这支持皮层向中脑传递的信号能够调节麻醉状态,恢复并非只由脑干信号自下而上推动。
来源:Guo Y et al. · iScience · CC BY-NC-ND
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VTA局部GABA信号,把观察再连近一步
当mPFC至vlPAG输入受到激活,VTA中的GABA传感信号随之升高。它记录的是局部细胞外GABA相关荧光变化。七氟烷吸入后信号下降,停止吸入后回升,也与麻醉状态下的脑电变化相伴。
这些发现支持一个包含皮层输入、vlPAG调节和VTA输出的工作模型。局部传感信号还不能单独确定每一份GABA来自哪里,VTA中承担关键作用的接收细胞也有待细分。来自成年雄鼠的结果说明,抑制性递质的行为意义取决于它所在的网络;在这里,GABA能细胞可以推动麻醉恢复。
来源:Guo Y et al. · iScience · CC BY-NC-ND
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