Человеческий мозг имеет около 90 миллиардов нейронов, которые связаны друг с другом через синапсы, образуя сложную нейронную сеть, которая обеспечивает множество сложных функций. Мозг может синтезировать и высвобождать сотни нейротрансмиттеров, а нервные сигналы передаются между нейронами через нейротрансмиттеры, высвобождаемые синапсами.
Нейроны в мозге проецируются на несколько областей мозга через сложные пути, генерируя множество функций, таких как обучение, познание, зависимость, эмоции, контроль, мотивация, вознаграждение и т. д. Система волоконной фотометрии может характеризовать активность популяционных нейронов, обнаруживая изменения флуоресценции ионов кальция и нейротрансмиттеров. Благодаря простоте выполнения эксперименты по волоконной фотометрии нашли широкое применение в нейрофизиологических исследованиях.
2.1 Депрессия – механизм молекулярной цепи депрессивного поведения, вызванного опиоидной абстиненцией [Zan Gui-Ying, 2021]
Депрессия является наиболее распространенным видом аверсии, вызванным воздержанием от наркотиков. Исследования показали, что k-опиоидные рецепторы (KOR) участвуют в депрессивном поведении, вызванном воздержанием от опиоидов, и это поведение вызвано снижением высвобождения дофамина (DA) в прилежащем ядре (NAc). Однако молекулярный механизм и нейронная цепь, с помощью которых KOR регулируют аверсию, связанную с воздержанием от опиоидов, до сих пор неясны.
На модели мышей с депрессией, вызванной воздержанием от морфина, Zan et al. использовали волоконную фотометрию, патч-кламп, химическую генетику и иммуногистохимию и другие методы, чтобы выявить, что воздержание от морфина активирует KOR за счет увеличения экспрессии динорфина, лиганда KOR в миндалевидном теле, тем самым активируя p38 MAPK и способствуя экспрессии GLT1. Повышение экспрессии GLT1 снижает глутаматергический вход из миндалевидного тела в NAc, тем самым приводя к депрессивному поведению, вызванному воздержанием от морфина. В этом исследовании Zan et al. применили фотометрию волокон для обнаружения активности проекции нейронов BLA-NAc у мышей, воздерживающихся от морфина, и обнаружили, что сигналы в тесте подвешивания за хвост быстро уменьшались после воздержания от морфина, что указывает на то, что воздержание от морфина снижает возбуждающую синаптическую передачу от миндалевидного тела к NAc.
Воздержание от морфина снижает синаптическую передачу возбуждения от миндалевидного тела к NAc
2.2 Память. Цепь гипоталамуса регулирует нейрогенез гиппокампа, способствуя восстановлению памяти и борясь с тревожным поведением[Li Ya-Dong, 2022]
Нейрогенез гиппокампа у взрослых играет решающую роль в памяти и обработке эмоций. Новорожденные нейроны гиппокампа генерируются, созревают и интегрируются в существующие цепи в DG, и этот процесс динамически регулируется активностью нейронных цепей. Однако влияние новообразованных нейронов гиппокампа, модифицированных нейронными цепями, на поведенческую память животных остается неясным.
Исследования Ли и соавторов посвящены различным этапам разработки ABN, модифицированной по схеме SuM-DG. Прибегая к волоконной фотометрии, оптогенетике, химической генетике, пэтч-клампу и отслеживанию клонов, они обнаружили, что схема SuM-DG модифицирует новорожденные нейроны взрослого гиппокампа, чтобы способствовать извлечению памяти и борьбе с тревогой. В этом исследовании Ли и соавторы использовали волоконную фотометрию для обнаружения активности проекции нейронов SuM-DG и обнаружили, что в обогащенной среде (EE) активность нейронов SuM у мышей значительно увеличилась. После абляции SuM нейронный ответ, вызванный EE, и улучшение поведения, опосредованное ABN, были устранены, что указывает на то, что ABN, модифицированный цепью SuM-DG, может регулировать поведение памяти.
Активность нейронов SuM у мышей значительно повышалась в обогащенной среде (EE)
2.3 Психоз – передача сигналов mPFC-Notch1 опосредует индуцированный METH психоз посредством Hes1-зависимого подавления экспрессии рецептора GABAB1 [Ni Tong, 2022]
Метамфетамин (МЕТ) является стимулирующим наркотиком, которым широко злоупотребляют. Высокие дозы или длительное употребление МЕТГ может вызвать психоз (MIP). В настоящее время мало что известно о его патогенезе. Хотя было доказано, что сигнальный путь Notch1 играет роль в патогенезе некоторых психических расстройств, его роль в MIP все еще неясна. В модели мышей METN Ni et al. открыли ранее неизвестный механизм, зависимый от рецептора Notch1-Hess1-GABAB1, включающий регуляцию активности нейронов mPFC и поведенческих фенотипов при MIP с использованием фотометрии волокон, иммуногистохимии, WB, ПЦР и поведенческих методов, и предположили важную связь между передачей сигналов Notch1 и MIP- связанная нейропластичность.
В этом исследовании, чтобы проверить, связана ли активность нейронов mPFC при дефиците движения, вызванном METH, с передачей сигналов Notch1, Ni et al. подавляли экспрессию NICD нейронов mPFC с помощью shRNA и использовали фотометрию волокон для одновременной регистрации кальциевых сигналов нейронов mPFC. Результаты показали, что кальциевый сигнал значительно снизился после однократного введения МЕТН в 1-й день, в то время как на 23-й день кальциевый сигнал значительно уменьшился и вернулся к норме в течение короткого времени после введения. При этом сигнал кальция значительно уменьшился по сравнению с таковым до введения. Однако при введении физиологического раствора не наблюдалось значительных изменений в сигналах различных групп в острой фазе и фазе экспрессии, что указывает на то, что подавление NICD в mPFC может ослаблять активность нейронов у сенсибилизированных мышей.
Подавление NICD в mPFC может ослабить активность нейронов у сенсибилизированных мышей
2.4 Боль – новый механизм обезболивания, опосредованный путем VPMntng1-S1B [Lu Jinghao, 2022]
Когда часть нашего тела болит, мы часто инстинктивно растираем или массируем ее, чтобы уменьшить боль. Это явление называется тактильной анальгезией. Что касается механизма опосредованной прикосновением анальгезии, то первичная соматосенсорная кора (S1) в основном обрабатывает вибротактильную информацию, но точная роль S1 в ноцицепции все еще обсуждается. Относительно мало известно о том, обрабатывает ли S1 информацию о ноцицепции лица и каким образом.
Лу и соавторы установил поведенческую модель тактильной анальгезии. Используя экспериментальные методы, такие как фотометрия волокон, химогенетика, визуализация кальция in vivo, иммуногистохимия, оценка поведения и т. д., они обнаружили, что у мышей тактильные сигналы, генерируемые взмахами, могут значительно ослабить лицевую ноцицепцию и блокировать кору таламуса-ствола. (S1B) цепь, от которой зависит передача этого тактильного сигнала, приводит к исчезновению этой анальгезии. Анализируя кальциевые сигналы нейронов S1B, авторы обнаружили, что взбалтывание изменяет обработку ноцицептивных сигналов в нейронах S1B и способствует переходу нервного состояния, вызванного вредными стимулами, в сторону неноцифенивных действий. Это исследование показывает, что S1B объединяет тактильные и болевые сигналы лица, чтобы обеспечить опосредованную прикосновением анальгезию.
В этом исследовании Лу и соавторы использовали технологию волоконной фотометрии, чтобы определить, зависит ли тактильный сигнал, генерируемый взмахом, от нейронов, экспрессирующих Ntng1 в вентральном заднем медиальном ядре (VPM) таламуса (VPMNtng1). Было замечено, что нейроны VPMNtng1 более сильно реагировали на безобидный раздражитель (дуновение воздуха), чем на вредный раздражитель (тепловой или механический раздражитель), и это согласуется с ролью VPM в передаче сигналов осязания, указывая на то, что тактильный сигнал, генерируемый взмахами, действительно может подавлять ноцицепцию лица.
Нейроны VPMNtng1 в основном передают сенсорные, но не вредные сигналы
Многоканальная трехцветная оптоволоконная фотометрическая система RWD R821
Во всех этих исследованиях, описанных выше, исследователи использовали систему для волоконной фотометрии RWD, которая облегчила проведение эксперимента. Система волоконной фотометрии RWD помогла в научно-исследовательской работе более чем 100 университетов в стране и за рубежом, таких как Пекинский университет, Чжэцзянский университет, Стэнфордский университет, Университетский колледж Лондона и т. д., а также способствовала публикации результатов исследований различными исследовательскими группами в ведущих академических журналах, таких как Nature Neuroscience.
Система имеет 9 каналов, 3 длины волны источников света возбуждения. Высокочувствительные детекторы обеспечивают стабильное получение сигнала без потери кадров. Более 20 видов маркировки обеспечивают гибкое определение экспериментальных требований. В процессе измерений происходит запись флуоресценции и видеозапись поведения. Профессиональные функции записи и анализа позволяют обрабатывать данные одним щелчком мыши.
