基于钙成像技术在体观测成瘾进程中腹侧被盖区神经元活动的动态变化

Drug addiction is closely related to the brain reward system. The projection of DA neurons in the ventral tegmental area (VTA) is the main pathway for drug addiction. The model for opioids to activate VTA-DA neurons was VTA-DA neuron disinhibition model. In recent years, the function of DA and GABA neural circuits was revealed by optogenetics in drug addiction. However, it is unknown the long time activity of VTA-DA or GABA neurons in the development of drug addiction. In addition, whether the different VTA-DA or GABA projection neurons exist a heterogeneity in the response to drug addiction. In this study, we used the deep brain calcium imaging based on grin lens to observe the effects of morphine on the long time activity VTA-DA or GABA neurons in CPP model. Besides, we use of Cre/loxP and Flp/FRT dual genetic operating system to observe the activity of specific DA-NAc or DA-LHb projection neurons, or GABA-NAc or GABA-LHb projection neurons in addiction. This research will provide a new experimental basis for understanding mechanisms that occur in the mental dependence of addictive substances at the circuit level.

中脑腹侧被盖区（VTA）的多巴胺（DA）投射是编码药物奖赏的主要神经通路。以往用去抑制理论解释阿片类药物引起DA神经元兴奋的作用。近年来借助光遗传学技术揭示了VTA内DA与GABA神经元的一些投射神经环路在药物奖赏或厌恶行为中的作用。但是，对药物成瘾不同阶段DA与GABA神经元的活动规律以及投射到不同脑区的DA或GABA神经环路对成瘾药物的反应是否存在差异仍缺乏深入的认识。本研究拟在吗啡药物成瘾动物模型上，利用基于梯度折射透镜（Grin lens）的在体大脑深部钙成像结合微型显微镜技术，在单细胞水平观察自由活动小鼠成瘾进程中DA及GABA神经元活动的动态变化，并利用Cre/loxP和Flp/FRT双遗传操作系统观察特定投射到NAc或LHb的DA或GABA神经元在成瘾进程中的活动规律，揭示药物成瘾中VTA不同投射神经环路发生的适应性变化，为理解成瘾物质精神依赖的神经环路机制提供实验基础。

理解大脑奖赏中枢如何处理各种奖赏与厌恶信息的研究对许多情绪相关疾病如成瘾、应激、抑郁的发病机制非常重要。本项目主要利用神经科学领域最新的在体钙信号荧光记录，光遗传学、化学遗传学，病毒标记等技术，在吗啡药物成瘾及痒觉介导的奖赏效应中枢神经环路机制等方面进行了系列研究。我们的研究表明：1、吗啡激活DA神经元而抑制GABA神经元活动，并且吗啡对投射到不同下游脑区的DA神经元作用存在差异性，该研究为深入理解吗啡成瘾进程中的神经元环路编码提供了重要的实验证据。相关工作正在投稿过程中。2、揭示了中脑奖赏中心VTA内DA和GABA神经元在痒觉不同组分的信息处理中的作用，GABA神经元可被急性痒刺激瞬时激活，与抓挠的启动几乎同步，而DA神经元则只有在抓挠持续一段时间以后才会发生激活。如果阻止动物抓挠致痒剂注射部位的皮肤，则DA神经元的激活可被彻底阻断，而GABA神经元的激活反而更加明显。通过光遗传操作和条件性位置厌恶或条件性位置偏好实验，确证了VTA脑区两类神经元分别调控痒觉的两种不同组分，即GABA神经元介导了致痒剂引起的厌恶感，而DA神经元则介导了抓挠之后带来的愉悦感。这些研究结果从新的角度揭示了瘙痒-抓挠-愈痒-愈挠这一循环的神经环路机制研究结果加深了人们对痒觉中枢环路机制的理解，也为临床慢性痒的治疗提供了新思路。