羅敏敏實驗室的研究人員結合清醒小鼠光纖記錄、電生理記錄、瞳孔記錄、光遺傳學、離體腦片膜片鉗技術和一系列的行為學實驗,發現位於腦幹的未定核的一類表達神經調節肽(Neuromedin B, NMB)的神經元可以同時調控運動速度、覺醒,和與記憶有關的海馬theta波。
首先,他們通過在頭部固定但身體可運動的小鼠中同時記錄神經元活性以及行為和生理變化,發現未定核神經調節肽神經元活性與動物的運動速度、覺醒水平,以及海馬theta波正相關。
其次,他們發現利用光遺傳學抑制這群神經元的活性可以抑制這些行為和生理過程。在一個小鼠追尋食物的實驗中,抑制未定核神經元活性可以大大降低小鼠追尋食物的運動速度和追到食物的成功率,進一步證明了運動、覺醒、theta波的協同調控對於動物尋找食物以及生存的重要性。激活這群神經元可以促進運動、覺醒以及海馬theta波,並且在肌松劑pancuronium阻斷動物運動過程的情況下,激活這群神經元依然可以促進覺醒和theta波,說明激活未定核促進覺醒和theta波不依賴於運動速度;在副交感神經阻斷劑clonidine阻斷瞳孔變化的情況下,激活未定核依然可以促進運動和theta波,說明激活未定核促進的運動和theta波不是因為覺醒水平升高。神經環路示蹤、腦片電生理以及神經軸突末端刺激實驗證明未定核神經調節肽神經元通過投射到許多與運動、覺醒、theta波調控相關的腦區來協同調控這些行為和生理過程。
總之,這項研究揭示了協同調控動物運動速度、覺醒水平,以及空間記憶處理的神經環路新機制。北京生命科學研究所與清華大學聯合培養的CLS項目研究生盧立輝和PTN項目北大研究生任育齊為共同第一作者,本文其它作者包括羅敏敏實驗室的于濤、劉志祥、王思策、譚祿彬、曾佳為、馮琦茹、林睿、劉楊,以及北京腦科學與類腦研究中心的郭青春。羅敏敏博士為本文通訊作者,該研究由科技部973、國家自然科學基金委及北京市政府資助,在北京生命科學研究所完成。