猕猴视觉皮层衰老评价指标的构建以及延缓衰老途径的研究

Aging issue of China will be more aggravated than before in the future, which could also seriously affect the life quality of people. Until now, the process of aging cortex and its underlying mechanism remain elusive. Due to the important role for external information extraction and the well-studied basis, the visual system is an ideal model for dissecting the underlying morphological and physiological mechanisms of aging-induced alteration of brain functions. By combining multi-channel recording and morphological technologies, we will firstly explore the functional change pattern of visual neurons in the rhesus monkey by analysis the response properties of neuronal population and single neurons, which can help us to establish aging model and response quantitative standard of the visual system. Secondly, we will study whether the BDNF-TrkB pathway is involved in deficits of visual function in aging rhesus monkey to further examine the relationship among neuronal functions, GABAergic inhibition system and BDNF-TrkB pathway. Thirdly, based on the results of the first two parts, we will also explore the potential treatment for the recovery of visual functions in the aging brain.

中国即将步入深度老龄化社会，老龄化问题严重影响人们的生活质量，了解大脑皮层老化的过程和机理具有重要的科学意义和社会意义。本研究将以大脑的重要系统——视觉系统为模型，来探究大脑老化过程中皮层神经元反应特性的变化规律，以及这些变化产生的结构基础和神经机制。我们拟以猕猴视觉系统为研究模型，采用在体多通道电生理学和形态学等技术手段，分别从神经元群体水平、单细胞水平以及分子水平来研究猕猴视觉皮层神经元老化的一般性规律，建立视皮层老化模型及构建基于神经元反应特性的老化评价指标；研究BDNF-TrkB信号通路参与视皮层神经元老化的过程与机制，探究皮层神经元功能老化、GABA能抑制系统衰退以及BDNF-TrKB信号弱化三者间的关系；在此基础上，进一步探索视觉皮层神经元“再年轻化”可能的有效途径。

中国即将步入深度老龄化社会，老龄化问题严重影响人们的生活质量，了解大脑皮层老化的过程和机理具有重要的科学意义和社会意义。在本项目中，我们以猕猴视觉皮层为研究模型，从单细胞水平、神经元群体水平及分子水平探讨了视皮层老化的一般规律及其结构基础和神经机制。我们发现老年猕猴视皮层神经元群体的噪音相关性和信号相关性上升，进一步分析表明这与皮层抑制性神经元的功能和去抑制作用衰退密切相关。老化导致皮层神经元信噪比降低，神经元群体信噪比降低，信息编码的冗余效应下降，这与神经元之间的发放传递效率和连接强度的衰退相关。这些结果表明老化导致视皮层神经元信息编码能力和效率降低，为我们进一步理解老化导致皮层功能衰退提供了新的证据，也为我们提供了多项衡量皮层老化的评价指标。我们发现老年猕猴视皮层功能衰退与BDNF-TrkB信号通路的弱化有关，老年猕猴视皮层TrkB受体的表达量明显下降。通过外源施加BDNF及其小分子类似物7，8-DHF，我们发现老年猕猴视皮层神经元的方位调谐能力、对比敏感度等多种反应特性均得到改善，神经元群体的噪音相关性下降，信息编码能力也得到提高。这些结果为我们提供了改善老化带来的皮层功能衰退的潜在有效途径。双酚A是一种广泛存在的环境毒理物质，可能会损伤老年人的视觉感知和认知能力，我们探究了双酚A暴露对视皮层神经元的影响，发现神经元的对比度阈值上升，反应变异性升高，视觉辨别能力变差和IL1β表达下降。这些研究为我们探究环境毒理物质如何影响老年人的视觉功能提供了方法和机制上的有益借鉴。