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光遺傳學(xué)技術(shù)在動(dòng)物行為學(xué)中的應(yīng)用研究光遺傳學(xué)技術(shù)在動(dòng)物行為學(xué)應(yīng)用中有良好前景，尤其適用于探索特定類型神經(jīng)元活動(dòng)范式與動(dòng)物行為改變之間因果關(guān)系的研究。光遺傳技術(shù)在動(dòng)物交際行為、恐懼記憶行為、獎(jiǎng)賞記憶行為、焦慮樣行為等行為學(xué)的神經(jīng)回路進(jìn)行深入研究，不僅可以記錄活體動(dòng)物的腦整體活動(dòng)，也可記錄擬研究神經(jīng)回路活動(dòng)的細(xì)胞、分子的活動(dòng)表現(xiàn)，是研究動(dòng)物行為學(xué)的神經(jīng)回路的一個(gè)重要事件，推動(dòng)了神經(jīng)回路研究的進(jìn)步然而，涉及神經(jīng)回路和腦功能的研究，不能直接在人體上進(jìn)行，動(dòng)物模型成了重要選擇。能否在動(dòng)物身上建立精神性疾病模型存在爭議。例如，精神性疾病的一些診斷特點(diǎn)，如悲傷，內(nèi)疚，妄想和思維混亂 這些癥狀在動(dòng)物模型中難以確定 。
目前，已成功建立了能概括精神性疾病重要特征，如恐懼記憶、焦慮癥、抑郁癥等動(dòng)物模型。同時(shí)，應(yīng)用光遺傳學(xué)闡明嚙齒動(dòng)物模型中有關(guān)精神疾病許多復(fù)雜行為的相關(guān)神經(jīng)通路。
1、焦慮-社交障礙癥候群動(dòng)物行為學(xué)
根據(jù)臨床資料，焦慮癥和社交功能障礙之間有著顯著的聯(lián)系，這種聯(lián)系可能為理解焦慮癥和社交障礙的共同神經(jīng)通路提供線索。抗焦慮藥物可減少當(dāng)動(dòng)物被放置在易焦慮環(huán)境中的社交受損。不同的自閉癥小鼠模型均表現(xiàn)出明顯的社交功能障礙以及增強(qiáng)的焦慮樣行為。這些研究均表明，焦慮癥和社交功能是緊密聯(lián)系的，并且可能存在一個(gè)共同的病理神經(jīng)機(jī)制。
2、焦慮樣行為的動(dòng)物行為學(xué)
焦慮鼠模型的光遺傳學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)特定的杏仁核突觸，可快速可逆地調(diào)制焦慮水平。Tye 等研究發(fā)現(xiàn)，利用 ChＲ2 成功表達(dá)后，進(jìn)行光照射，可以通過激活基底外側(cè)杏仁核 ( Basolateral Amygdala， BLA) 到中央杏仁核 ( Central Amygdala，CeA) 的突觸投射，小鼠的開臂時(shí)間增多，表明產(chǎn)生去焦慮樣行為; 利用 eNpHＲ3. 0 成功表達(dá)后，進(jìn)行光照射，可以通過抑制突觸連接，小鼠在高架十字迷宮的開臂時(shí)間減少，小鼠表現(xiàn)為焦慮樣行為。
為了研究基底外側(cè)杏仁核 －腹側(cè)海馬 ( vHPC)通路，研究者將感光視蛋白表達(dá)于 BLA 谷氨酸能神經(jīng)元且視覺纖維被定位在 BLA 軸突終止的 vH-PC 內(nèi)，光刺激 BLA 中止于 vHPC 的膽堿能神經(jīng)元誘發(fā)的焦慮樣效應(yīng)被 vHPC 的谷氨酸能神經(jīng)元抑制，證實(shí)興奮 BLA－vHPC 神經(jīng)通路可增加焦慮，抑制 BLA－vHPC的軸突將減少焦慮鼠模型中焦慮相關(guān)行為。此研究確定了 BLA－vHPC 為一個(gè)雙向控制焦慮相關(guān)行為的神經(jīng)通路。
3、基底外側(cè)杏仁核-腹側(cè)海馬 ( BLA-vHPC)神經(jīng)回路的闡明
疾病動(dòng)物模型如恐懼記憶的神經(jīng)回路研究，得益于鼠聽覺恐懼反射的杏仁核模型，即杏仁核恐懼條件反射。Petreanu 等 利用光遺傳學(xué)技術(shù)將ChＲ2 表達(dá)在大鼠丘腦核和運(yùn)動(dòng)皮層興奮性神經(jīng)元上，通過光刺激，在活體腦進(jìn)行電位記錄，實(shí)現(xiàn)了興奮性神經(jīng)元與體感覺皮層錐體細(xì)胞間突觸的精que定位。這一方法，為研究完整神經(jīng)回路中發(fā)生突觸聯(lián)系的神經(jīng)元提供了較為廣闊的途徑。
源于恐懼動(dòng)物模型的焦慮癥研究中，人類的焦慮和動(dòng)物條件恐懼間存在相似的神經(jīng)回路。海馬是應(yīng)激反應(yīng)的作用靶區(qū)，其發(fā)出的神經(jīng)纖維可投射到杏仁核相關(guān)情感腦區(qū)，參與情緒反應(yīng)和學(xué)習(xí)記憶等，其損傷可致負(fù)性情緒的發(fā)生。在人類研究中，已被證實(shí)海馬和杏仁核在編碼情感記憶時(shí)彼此依賴。此外，臨床觀察患者海馬體積與焦慮的嚴(yán)重程度成正相關(guān)，多個(gè)功能核磁共振 ( Funcitonal magnetic resonance imaging，fMＲI) 研究發(fā)現(xiàn)恐懼形成與杏仁核有關(guān) 。在焦慮癥和社交行為的研究中，杏仁核的投射可能涉及到的上、下游區(qū)域的神經(jīng)通路。vHPC 為一相關(guān)聯(lián)區(qū)域，它與杏仁核緊密連接。在非人類靈長類動(dòng)物中，海馬病變將導(dǎo)致對社會(huì)信號和社會(huì)關(guān)系退化的異常反應(yīng)。嚙齒動(dòng)物研究證實(shí) vHPC 對恐懼和焦慮相關(guān)行為的表現(xiàn)行為非常重要，并參與社交行為的調(diào)節(jié)。
焦慮癥與社交障礙相關(guān)聯(lián)，杏仁核和海馬均參與此過程。通過三腔社會(huì)互動(dòng)行為學(xué)實(shí)驗(yàn)和社會(huì)交互行為學(xué)實(shí)驗(yàn)對嚙齒動(dòng)物社交能力進(jìn)行測試結(jié)果表明，抑制 BLA－vHPC 通路提高了社交能力，激活該通路降低了社交能力。
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