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【Neuron】 最新研究发现:原来你的焦虑是这些“焦虑细胞”在作怪!

发布时间: 2018/05/18浏览次数: 569

近日,来自于哥伦比亚大学Irving医学中心(CUIMC)和加州大学旧金山分校(UCSF)的科学家们通过结合美国Inscopix神经元超微成像技术(www.inscopix.com)以及光遗传技术,在小鼠大脑的海马区域发现了一类特殊的“焦虑”细胞。实验结果显示,当动物身处天生恐惧的环境下,这些细胞会相对活跃,而且动物越焦虑不安,该区域细胞活跃强度越大。“焦虑”细胞的发现为治疗焦虑障碍提供了潜在靶标,未来我们或许可以通过直接靶向这类细胞治疗焦虑症。



通讯作者介绍

Mazen Kheirbek, PhD | UCSF School of Medicine

Mazen Kheirbek博士是华盛顿大学和芝加哥的神经生物学博士,并在哥伦比亚大学完成了博士后的研究。Mazen Kheirbek博士主要研究方向是划定产生情绪行为的神经元回路。特别是在情绪和焦虑相关疾病中被激活的那些环路。Mazen Kheirbek的团队应用了最先进的nVista显微成像技术来实时监测和控制基因识别的神经网络。



文章摘要


在某种程度上,焦虑是健康的。焦虑是一种针对威胁的情绪反应,比如处在捕食者面前时,焦虑可以触发逃离行为,这对于动物的安全来说十分重要。如果对威胁反应过度,那么焦虑也会成为一种问题。Mazen Kheirbek和他的团队对小鼠进行了研究,试图弄清楚大脑如何处理健康的焦虑。


研究团队将nVista神经元超微成像系统Lens植入小鼠大脑内,记录小鼠在特定环境中自由活动时,大脑中数百个神经细胞的活跃情况。结果发现,当小鼠处于危险环境时,大脑海马区腹侧部分的特定细胞会相对活跃。而且,小鼠越焦虑不安,该区域细胞活跃强度越大。


nVista神经元超微成像技术Workflow


焦虑细胞会将信号传递给下丘脑,进一步调控焦虑相关行为,包括加快心跳速率、逃跑行为、分泌应激激素等。对于小鼠而言,焦虑细胞的活跃会让它们主动避开危险区域或者逃向安全地带。

通过nVista神经元超微成像显微镜成像,我们可以直观地观察到:当小鼠处于焦虑状态,大脑中特定的细胞会激活(发光)。


结合光遗传学技术与神经元超微成像新技术,激活或抑制这种“焦虑”细胞,研究人员发现焦虑细胞能够控制焦虑行为,当这些细胞被关闭时,小鼠就会停止生成与害怕有关的行为,会在会在高高的平台上漫步,还会离开对他们有保护作用的墙角。当焦虑细胞被激活时,即使处于安全的环境中,小鼠也会表现出焦虑的行为。

海马区是负责记忆、定向等功能的主要区域。近年来的研究揭示,海马区与情绪处理也有关联。海马区会将信号传递给杏仁核、下丘脑,这些大脑区域已被证实与焦虑行为相关。Mazen Kheirbek博士说:“这令人兴奋,因为它代表了一个直接,快速的大脑通路,可以让动物对焦虑发生的地方作出反应,而不需要通过更高等级的大脑区域。”



文章摘图



图1展示了自由移动情况下vCA1区域的实验设计,研究人员使用病毒表达GCaMP6f荧光蛋白,当采用激发光照射时,荧光的强弱就反应了神经元的活性。再将Lens植入到CA1层中,结合高架十字迷宫行为实验,通过Inscopix数据采集软件直观地观察视场范围内的细胞活性变化。



图2数据表明,dCA1中的细胞主要负责定位,而vCA1中的细胞更多于焦虑的行为有关。



图3证实了从vCA1到BA和LHA的单突触输入。



图4展示了采用光遗传控制VCA1活性时,小鼠行为的改变。


图5显示vCA1-BA和vCA1-LHA投射神经元可以接收不同的输入,并显示出不同的生理特性,允许这些群体之间的信息差分。


在本次研究中,美国Inscopix公司的神经元超微成像技术非常亮眼,nVista & nVoke(结合光遗传)这两套系统不仅可以长时间跟踪并记录单个神经元,更能让您实时目睹实验对象脑内1000+神经元实时放电情况。nVista 3.0 更是全面升级,现在Microscope仅重1.8g,数据分析软件也有了重大的技术突破,自动聚焦解放您的双手!请相信我们一直在为更好地服务于您伟大的科研计划而努力!


参考文献:

Dopamine neuron activity before action initiationgates and invigorates future movements,Nature,2018


拓展了解





       近年来,在体萤光显微钙成像研究越来越广泛,美国INSCOPIX公司拥有着完全成熟的nVista技术团队与Inscopix数据分析软件,并且lens的长度已能达到深部脑区,最新研发的nVoke更是在nVista的基础上增加了光遗传功能,能够帮助您更深入全面地解码大脑,完全满足您对于在体钙成像的脑神经测量。美国INSCOPIX公司作为miniscope技术的发明者和引领者,将竭诚助力您伟大的实验计划。


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       美国 INSCOPIX公司提供多种lens选项,确保其最适用于您的脑成像实验:


Inscopix nVista已发表论文(部分)

Identification of a motor-to-auditory pathway important for vocal learning

Todd F Roberts, Erin Hisey, Masashi Tanaka, Matthew G Kearney, Gaurav Chattree, Cindy F Yang, Nirao M Shah & Richard Mooney;Nature Neuroscience 20, 978–986 (2017)


In vivo imaging of neural activity

Weijian Yang& Rafael Yuste;Nature Methods 14,349–359(2017)


Delay activity of specific prefrontal interneuron subtypes modulates memory-guided behavior

Tsukasa Kamigaki & Yang Dan;Nature Neuroscience 20, 854–863 (2017)


Active dentate granule cells encode experience to promote the addition of adult-born hippocampal neurons

Gregory W. Kirschen, Jia Shen, Mu Tian, Bryce Schroeder, Jia Wang, Guoming Man, Song Wu and Shaoyu Ge;Journal of Neuroscience 3 April 2017, 3417-16


Engrams and circuits crucial for systems consolidation of a memory

Takashi Kitamura, Sachie K. Ogawa, Dheeraj S. Roy, Teruhiro Okuyama, Mark D. Morrissey, Lillian M. Smith, Roger L. Redondo, Susumu Tonegawa;Science  07 Apr 2017


Neural ensemble dynamics underlying a long-term associative memory

Benjamin F. Grewe ,Jan Gründemann ,Lacey J. Kitch ,Jerome A. Lecoq, Jones G. Parker,Jesse D. Marshall ,Margaret C. Larkin ,Pablo E. Jercog ,Francois Grenier ,Jin Zhong Li,Andreas Lüthi ,Mark J. Schnitzer;Nature 543, 670–675 (30 March 2017)


(论文持续发表中,全球的科学家通过使用Inscopix nVista已发表了几十篇论文!)


格罗贝尔生物科技公司依托强大的学术资源和第一手的国际科研信息,致力于引进国外先进的科学仪器设备,服务于中国科研用户。目前公司经营的产品涉及:神经元超微成像,电生理,眼动追踪,动物行为学设备等,产品出自世界各地著名的生物仪器制造商,其中,由我们代理的国外知名厂家包括:美国Inscopix, 美国NeuroNexus Technologies, 加拿大VPixx Technologies, 美国Stoelting - ANY-maze, 美国TDT,以色列Optical Imaging,加拿大Rogue Research,英国Scientifica,美国 ISCAN, 以色列NAN INSTRUMENTS等。


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