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麻醉中的清醒线索:杏仁核到基底前脑

Anesthesiology · 2024-10-28

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Anesthesiology · 研究前沿

麻醉中的清醒线索:杏仁核到基底前脑

小鼠研究发现,中央杏仁核GABA标记细胞激活后,异氟烷麻醉进入更晚、恢复更早;基底前脑末梢也能促进活动与皮层变化。

根据论文主题制作的 AI 科学概念插画

提到杏仁核,我们常想到恐惧与防御。但它与清醒状态的关系,同样可能影响麻醉后的恢复。发表于 Anesthesiology 的小鼠研究发现,中央杏仁核中一群 GABA 标记细胞,在异氟烷作用期间活动降低,恢复时重新升高。将它们激活,动物更早恢复翻正能力,皮层脑电也发生变化。研究沿着这些细胞的输出,继续追踪到基底前脑。

关键发现

激活中央杏仁核GABA标记细胞,或其在基底前脑的末梢,可延迟受测麻醉进入、加快翻正反射恢复,并促进皮层活动;末梢激活的行为效应较弱。

阅读目录 · 7个部分

跟随状态变化,观察细胞活动

中央杏仁核(CeA)与多个清醒相关脑区相连。这里的 GABA 标记细胞,在自然清醒和一些唤醒相关行为中有活动线索;研究因此将它们放到异氟烷麻醉情境中观察,比较药物作用开始、持续与停止时的变化。

小鼠失去翻正反射之前,群体钙信号已经开始下降;恢复翻正之前,信号则开始上升,并在恢复附近达到峰值。与行为时刻的紧密对应,使 CeA 成为值得进一步干预的一处位置。

这类记录看到的是一群细胞的合并信号。CeA 内部有多种分子身份和连接方式,其他研究中的特定亚群还可能呈现不同响应。当前群体信号的下降,描述的是这组被标记细胞在受测状态下的整体变化,也为后面的群体激活提供了背景。

原论文图 1跟随状态变化,观察细胞活动
跟随状态变化,观察细胞活动
原论文 Figure 1:CeA GABA 标记群体在异氟烷暴露及翻正反射消失、恢复前后的钙信号。
来源:Zhang JS et al. · Anesthesiology · CC BY-NC-ND
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进入变慢,停止麻醉后的恢复变快

化学遗传激活这群细胞后,小鼠失去翻正反射所需的时间延长;停止麻醉后,重新翻正的时间缩短。麻醉进入和恢复两个方向,都显示激活将动物状态推向较易维持或恢复活动的一侧。

当受测异氟烷浓度改变时,激活组在较高浓度下才失去翻正反射,也能在较高浓度下恢复。对照组未见相同显著变化。细胞活动的改变,与动物对当前麻醉条件的响应一同移动。

原论文图 2进入变慢,停止麻醉后的恢复变快
进入变慢,停止麻醉后的恢复变快
原论文 Figure 2:化学遗传激活后的进入、恢复时间,以及浓度相关翻正反射变化。
来源:Zhang JS et al. · Anesthesiology · CC BY-NC-ND
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多数小鼠恢复翻正,部分开始爬行

更迅速的细胞激活,同样延迟麻醉进入并加快恢复。在受测麻醉条件下,激活还引出肢体、头部和尾部活动:八只小鼠中七只恢复翻正,四只出现爬行。不同动作组成了逐级变化的唤醒表现。

对照刺激没有引出相同变化。钙信号的自然关联、较慢的细胞群调节与较快的激活,逐步汇合到一个认识:这群细胞具备推动受测麻醉状态转变的能力。

原论文图 3多数小鼠恢复翻正,部分开始爬行
多数小鼠恢复翻正,部分开始爬行
原论文 Figure 3:光激活 CeA GABA 标记细胞后的唤醒表现、进入与恢复及浓度相关响应。
来源:Zhang JS et al. · Anesthesiology · CC BY-NC-ND
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动作改变时,脑电也发生转变

在较浅的受测麻醉条件中,CeA 激活使脑电从高幅慢波转向低幅快波。δ频段的相对功率下降,α与β频段上升。停止激活后,脑电逐渐回到此前模式,显示这一效应与活动调节的时间相连。

更深的受测条件下,脑电出现活动爆发与低活动段交替的“爆发—抑制”模式。激活降低了抑制段所占比例,结束后这一比例重新升高。行为与脑电从不同层面展现了状态改变。

爆发—抑制的变化尤其直观:原本一段电活动之后,会出现较长的低活动间隔;激活时,这些间隔所占的比例减少。相比只观察动物是否移动,皮层记录让研究看到,深麻醉条件下的电活动模式也能受到这群细胞影响。

原论文图 4动作改变时,脑电也发生转变
动作改变时,脑电也发生转变
原论文 Figure 4:CeA 激活期间的脑电频段变化,以及较深麻醉条件中的爆发—抑制比例。
来源:Zhang JS et al. · Anesthesiology · CC BY-NC-ND
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基底前脑末梢,也能影响恢复

基底前脑(BF)是清醒调节系统的重要组成部分,也是 CeA 的输出目标。激活 CeA 在这里的末梢,同样使麻醉进入更晚、停止麻醉后的恢复更早,浓度相关反应也向相同方向变化。

不过,即时行为激活有所不同:八只小鼠都出现体动,只有两只恢复翻正,两只出现爬行。与 CeA 细胞群激活相比,这条分支的表现较弱。一处输出可以参与整体效应,其他联系也可能共同推动状态转换。

既有解剖资料显示,CeA 的 GABA 细胞还联系外侧下丘脑、外侧缰核等区域。基底前脑因此是一条具体输出分支。它重现进入与恢复的主要方向,同时保留较弱的即时行为表现,让区域整体作用与单条分支作用之间的差别变得可见。

原论文图 5基底前脑末梢,也能影响恢复
基底前脑末梢,也能影响恢复
原论文 Figure 5:CeA 在 BF 的末梢激活后的唤醒表现、进入与恢复及浓度相关变化。
来源:Zhang JS et al. · Anesthesiology · CC BY-NC-ND
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同一分支,连接到脑电变化

末梢激活期间,较浅麻醉中的 δ 相对功率下降、α 上升;较深麻醉中的爆发—抑制比例也降低。对照组没有相同显著变化。基底前脑分支由此同时联系到动作表现与皮层活动,而其具体接收细胞仍有待进一步辨认。

原论文图 6同一分支,连接到脑电变化
同一分支,连接到脑电变化
原论文 Figure 6:CeA—BF 末梢激活的脑电频段和爆发—抑制比例变化。
来源:Zhang JS et al. · Anesthesiology · CC BY-NC-ND
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抑制性细胞参与的网络,也能促进活动

这项纳入成年雌雄小鼠的研究,显示异氟烷麻醉中的状态转换,与 CeA 的细胞活动和 BF 分支相关。GABA 标记描述细胞的信号类型,整个网络的行为效果还取决于它们连接哪些目标。把进入、恢复、体动和皮层信号放在一起,杏仁核参与清醒调节的作用就有了更具体的轮廓。

论文信息

Zhang JS, Yao W, Zhang L, Li ZS, Gong XT, Duan LL, Huang ZX, Chen T, Huang JC, Yang SX, Yu C, Cai P, Chen L.
GABAergic Neurons in the Central Amygdala Promote Emergence from Isoflurane Anesthesia in Mice
Anesthesiology · 2024-10-28
DOI: 10.1097/aln.0000000000005279