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被麻醉激活的嗅觉脑区,作用却有选择

Fundamental research · 2023-01-03

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Fundamental research · 研究前沿

被麻醉激活的嗅觉脑区,作用却有选择

雄鼠前梨状皮层谷氨酸相关细胞双向改变两种吸入麻醉药的诱导时间,苏醒及丙泊酚结果基本不变;气味条件揭示额外感官影响。

AI概念图:健康小鼠与抽象感觉网络,非实际麻醉场景或解剖图

麻醉让行为反应减弱,脑内却并非所有细胞都安静下来。与嗅觉紧密相关的梨状皮层,在麻醉期间反而出现更多活动标记。作为主要嗅觉皮层,它接收嗅球的直接输入,也参与学习和情绪相关过程。它是在跟随状态变化,还是能改变进入麻醉的速度?2023年1月3日在线发表于 Fundamental Research 的研究,在雄鼠中逐步比较梨状皮层不同区域、不同细胞操控及三种麻醉药。团队以翻正反射丧失与恢复作为行为指标,再结合脑电观察:前梨状皮层的谷氨酸相关细胞,能够延缓或加快两种吸入麻醉的诱导,却没有同样改变丙泊酚结果。这种选择性,让感觉脑区与麻醉状态之间的关系更有层次。

关键发现

前梨状皮层细胞操控影响异氟烷、七氟烷的诱导阶段,受测苏醒时间不变;气味参与的解释仍与其他可能输出机制并存。

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活动标记升高,先提示一个候选脑区

异氟烷麻醉期间,梨状皮层c-Fos阳性细胞增加,恢复阶段比麻醉期间减少。丙泊酚麻醉也有活动标记积累。进一步区分细胞,异氟烷相关的增加主要出现在谷氨酸相关标记细胞,GABA能标记群体未见同样增加。

c-Fos留下的是一段时间内的活动相关痕迹。两种药物都能使它增多,提示这个脑区会响应不同麻醉状态。继续改变细胞活动时,研究者却发现相似的标记变化背后,作用并不相同。

原论文图 1活动标记升高,先提示一个候选脑区
活动标记升高,先提示一个候选脑区
原论文 Figure 1:两种麻醉期间梨状皮层c-Fos增加,异氟烷相关信号主要与谷氨酸相关细胞标记共同出现。
来源:Zhou L et al. · Fundamental research · CC BY-NC-ND
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前部与后部,对诱导的贡献不同

团队分别损毁前梨状皮层(APC)或后梨状皮层(PPC)的神经元。前部损毁后,异氟烷和七氟烷导致翻正反射丧失的等待时间缩短,反射恢复的时间没有显著变化。后部损毁则未显著改变两种药物的这两项时间。

同一个嗅觉相关区域,前后部分并非可以互换。翻正反射反映小鼠恢复身体姿势的行为能力,研究用它界定诱导和恢复阶段。前部的选择性结果将焦点从整片皮层进一步收窄到其中的细胞群。

原论文图 2前部与后部,对诱导的贡献不同
前部与后部,对诱导的贡献不同
原论文 Figure 2:前梨状皮层损毁缩短两种吸入麻醉诱导时间,后部损毁及受测恢复时间未显著改变。
来源:Zhou L et al. · Fundamental research · CC BY-NC-ND
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增强细胞活动,诱导变慢而恢复时间不变

增强APC谷氨酸相关细胞活动后,异氟烷、七氟烷的诱导时间延长。诱导阶段脑电中δ频段所占比例降低、γ比例升高,行为时间与频谱变化共同描绘了进入麻醉过程的改变。丙泊酚的诱导、恢复时间及受测脑电比较未显著变化。

两种吸入药的反射恢复时间也基本不变,但七氟烷恢复阶段仍观察到δ比例降低。行为时间稳定,并不代表每一项脑电指标都相同;诱导与恢复是两个不同阶段,可以呈现各自的变化。

原论文图 3增强细胞活动,诱导变慢而恢复时间不变
增强细胞活动,诱导变慢而恢复时间不变
原论文 Figure 3:化学遗传增强细胞活动延长两种吸入药诱导;丙泊酚行为结果无显著变化,七氟烷恢复期δ比例仍有差别。
来源:Zhou L et al. · Fundamental research · CC BY-NC-ND
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降低活动,诱导走向相反方向

抑制同类APC细胞后,异氟烷与七氟烷诱导时间缩短,诱导阶段δ比例升高、γ比例降低,与增强活动时的总体方向相反。两种药物的反射恢复时间没有显著改变,丙泊酚的时间与受测脑电结果也基本不变。

一增一减的对照使区域的功能更明确:它参与受测吸入药诱导过程的调节,而不是对所有麻醉阶段一概提高或降低敏感性。细胞群的作用取决于药物与状态转换阶段。

原论文图 4降低活动,诱导走向相反方向
降低活动,诱导走向相反方向
原论文 Figure 4:化学遗传抑制缩短异氟烷、七氟烷诱导时间,δ、γ比例方向与激活相反;恢复及丙泊酚时间无显著变化。
来源:Zhou L et al. · Fundamental research · CC BY-NC-ND
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换一种操控,主要方向仍然一致

光遗传增强APC相关细胞,同样延长两种吸入药的诱导,诱导期δ比例降低、γ比例升高;光遗传抑制则加快诱导,频谱方向相反。反射恢复及丙泊酚的受测时间比较继续保持不显著。

多种操控带来相互呼应的主要结果,支持APC细胞活动能够影响这段状态转换。反射时间与频谱相互呼应,显示状态转变可以从行为与群体活动两个层面观察。承担这种作用的具体远处投射,仍有待进一步区分。

原论文图 6换一种操控,主要方向仍然一致
换一种操控,主要方向仍然一致
原论文 Figure 6:光遗传抑制再次缩短两种吸入药诱导时间,并改变诱导脑电比例;恢复时间及丙泊酚结果未显著变化。
来源:Zhou L et al. · Fundamental research · CC BY-NC-ND
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加入气味,感官背景也会改变诱导

气味条件下,APC损毁或抑制组的吸入麻醉诱导时间延长,原先缩短的方向被改变;已激活细胞的组,额外气味的比较未显著延长时间。未激活对照条件中,气味也能延长诱导。这提示感官背景能够影响受测结果,而非只作用于一种操控状态。

气味暴露后c-Fos增加,移除气味后的观察时点还进一步增多,与异氟烷恢复时的下降不同。作者据此讨论嗅觉加工的参与,也保留其他输出机制的可能。研究来自雄鼠,结论限定于受测药物、细胞群和反射指标,为理解感觉网络与麻醉诱导的关系提供了线索。

原论文图 7加入气味,感官背景也会改变诱导
加入气味,感官背景也会改变诱导
原论文 Figure 7:气味条件影响部分操控与对照组的吸入药诱导时间,并呈现不同于麻醉恢复的c-Fos变化。
来源:Zhou L et al. · Fundamental research · CC BY-NC-ND
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论文信息

Zhou L, Ran Q, Yi R, Tang H, Zhang Y, Yu T.
Glutamatergic neurons of piriform cortex delay induction of inhalational general anesthesia
Fundamental research · 2023-01-03
DOI: 10.1016/j.fmre.2022.12.014