睡眠对学习记忆的作用及其环路机制研究

Sleep and memory are two important activities in human beings. We all know that a good sleep benefits memory. However, in the past, due to the lack of an effective technique that may specifically interfere sleep, the regulation models, the neural circuits and the mechanism of how sleep promotes memory are are still not clear. Recently, our preliminary study using optogenetic technique in VGAT-ChR2-EYFP transgenic mice showed that selectively excitation of GABAergic neurons in parafacial zone will generate and extend slow wave sleep (SWS). Therefore, in the present project we will generate SWS in mice to investigate: 1)The promoting effect of SWS on memory. 2)The temperal modes of the effect. 3) Different effects of SWS on memory encoding, consolidation and retrival. 4) The hipcampus-cortex neural circuits crosstalk and their mechanism using optogenetic axon terminal stimulation, in vivo multi-electrode recording of neural activity and hipcampal ripple oscillation, monosynaptic virus tracing and other means. This study will help to understand how sleep enhances memory. We will try to revel the underlying mechanism by drawing a map about the monosynaptic afferent projection of hippcampus and investigating the memory-related functional circuit connection during sleep.

睡眠与记忆均是人类的重要生理活动。一定时间的睡眠能促进记忆的巩固。然而，由于促睡眠技术的限制，我们仍旧不太清楚如何睡眠才能促进记忆及其相关的机制。故本项目拟采用光遗传学技术在小鼠时间精确地诱导慢波睡眠（SWS），探讨：1）SWS对学习记忆的提高作用；2）SWS对学习记忆的作用时间模式；3）睡眠对学习记忆中的信息编码、巩固、提取的不同作用；4）利用动物研究的优势，采用病毒跨单级突触追踪、在体多电极记录神经元电活动与海马ripple、光遗传学刺激轴突末梢等方法，研究睡眠影响学习记忆的神经与环路机制。本项目将揭示精确调控睡眠对记忆不同阶段的作用，描绘海马的全脑传入投射图谱，阐明睡眠中海马-皮层环路的“crosstalk”机制。预期结果将为我们科学睡眠、提高记忆能力提供参考。

虞燕琴教授团队揭示了促睡眠脑区面神经旁核（PZ）的GABA 能神经元的细胞类型特异性全脑映射，提示了睡眠-觉醒调节的可能回路。研究了社交挫败对小鼠睡眠/觉醒状态的影响，发现了非快速眼动睡眠（ NREM 睡眠）具有抗焦虑作用，并表明这是一种潜在的焦虑治疗策略。 同时，通过光遗传学刺激PZ 中的 GABA 能神经元诱导小鼠的慢波睡眠 (SWS)，首次提供了一种直接方法来分析 SWS 对学习和记忆的影响，及其精确时间窗口，阐明了睡眠在学习和记忆中的确切作用。这些研究成果不仅增加了对睡眠觉醒机制的理解，也阐明了睡眠的多种相关功能。进而为治疗情绪障碍性疾病、提高认知能力提供了参考依据。并为努力提高我国人民的精神健康水平打下了良好的基础。.此外，本实验室关于星形胶质细胞在恐惧与焦虑调控中的作用与机制的研究成果发表在eLife上（2020，共同通讯作者）。揭示了星形胶质细胞降低恐惧记忆及其相关焦虑样行为的机制。本实验室最近的关于攻击行为与攻击状态的调控及其特征的研究成果发表在Neuron上（Neuron, 2021, 共同通讯作者）。主要揭示了后侧无名质（pSI）如何在自然状态下调控攻击状态及其环路基础，即发现了后侧无名质-中脑环路编码攻击状态，且此环路介导了多种类型攻击行为的表达。通过对攻击状态的编码，pSI对于攻击行为进行了特异的整体性控制，这是一种攻击行为的全新控制模式。