好书推荐！《动物行为实验指南》电子版pdf，网盘发货
《动物行为实验指南》共674页，涵盖了常见的实验动物，如小鼠、大鼠和斑马鱼，详细描述了每一种行为测试的实验设计、测试设备、实验流程、评估指标、预期结果、常见问题及解决方法、数据分析、模型应用与局限性等各个方面。它通过快速引导，帮助研究人员高效地掌握实验的每个阶段，减少了查阅文献和寻找方法的时间，成为各类科研人员的重要参考资料。 《动物行为实验指南》共计收录了16种动物行为类型，包括焦虑抑郁、学习记忆、痛觉、运动、恐惧、社交、癫痫、操作、成瘾、视觉、痒觉、味觉、嗅觉、睡眠、斑马鱼行为以及常见动物模型等内容。每一类动物行为下，都详细介绍了多个经典的实验范式，涵盖了超过100种实验方法。
前额叶皮层（prefrontal cortex, PFC）在工作记忆中起着至关重要的作用，其能允许在没有外部感官提示的情况下保留和操作信息，这一过程对各种高级脑功能至关重要。大量研究表明，多巴胺在调节支持工作记忆的PFC神经过程中的重要作用。多种多巴胺受体亚型中，刺激或阻断PFC中的D1受体（D1Rs）会损害工作记忆，表明D1Rs和最佳多巴胺浓度在促进工作记忆方面的重要性。尽管PFC多巴胺对包括工作记忆在内的复杂认知过程至关重要，但多巴胺如何调节多样的PFC神经过程仍不清楚。
在大脑皮层的各种神经元中，血管活性肠肽（vasoactive intestinal polypeptide, VIP）的神经元被认为通过调节其他抑制性神经元的活动，对皮层回路操作产生强大影响。先前在PFC的研究表明，VIP神经元在厌恶信号处理和记忆保持中介导了锥体神经元的去抑制控制。此外，鉴于其在D1Rs中的丰富性，VIP神经元可能在介导多巴胺对PFC的影响中发挥关键作用。然而，VIP神经元及其D1Rs在包括工作记忆在内的高级认知过程中的作用仍然很大程度上未知。
探究VIP神经元及D1Rs在多巴胺调节工作记忆中的作用，韩国大田基础科学研究所的Min Whan Jung团队通过一系列实验，观察了VIP神经元的活动，并评估了抑制VIP神经元和降低其D1R表达对小鼠行为的影响，以揭示这些神经元在工作记忆中的关键作用。此外，为了全面了解多巴胺对前额叶神经过程的作用，研究团队还研究了降低锥体神经元D1R表达的行为效应及其对多巴胺能末端刺激（dopaminergic terminal stimulation, DTS）的反应，这些发现揭示了多巴胺与前额叶神经过程之间复杂的相互作用，控制着工作记忆。这项研究成果Cortical VIP neurons as a critical node for dopamine actions已发表在Science Advances上。
为了探究VIP神经元及其D1受体（D1Rs）在多巴胺调节工作记忆中的作用，韩国大田基础科学研究所的Min Whan Jung团队通过一系列实验，观察了VIP神经元的活动，并评估了抑制VIP神经元和降低其D1R表达对小鼠行为的影响，以揭示这些神经元在工作记忆中的关键作用。此外，为了全面了解多巴胺对前额叶神经过程的作用，研究团队还研究了降低锥体神经元D1R表达的行为效应及其对多巴胺能末端刺激（dopaminergic terminal stimulation, DTS）的反应。这些发现揭示了多巴胺与前额叶神经过程之间复杂的相互作用，控制着工作记忆。这项研究成果Cortical VIP neurons as a critical node for dopamine actions已发表在Science Advances上。
图源 Science Advances
首先，为了检查VIP神经元在工作记忆中的相关活动及作用，研究人员训练小鼠执行延迟匹配样本任务，通过选择与样本阶段相同的水舔口获得奖励。这一行为实验使研究人员能够观察VIP神经元在不同任务阶段的信号活动，发现这些神经元在延迟期传递了工作记忆信号。随后，研究人员利用钙成像技术记录了VIP神经元在训练和熟练阶段的活动，发现这些神经元在目标选择性和神经解码方面表现出显著差异。结果表明，VIP神经元在工作记忆中的信号传递强度并不随着训练的进展而单调增加。此外，VIP神经元在熟练阶段传递了更精确的时间信息和更强的任务相关信号。这些发现揭示了VIP神经元在工作记忆和任务执行中的关键作用，并表明前额叶皮层可能在不同的任务阶段分配神经资源以优化认知功能。
图1 VIP神经元传达工作记忆信号
为了探究VIP神经元在工作记忆中的作用，研究人员设计了一个实验，通过DREADD（designer receptor exclusively activated by designer drugs）介导的化学遗传学方法，双侧注射Cre依赖性hM4D(Gi)-mCherry到VIP-Cre小鼠的内侧前额叶皮层mPFC，并在4到6周后进行每日系统性注射CNO（clozapine N-oxide）或DMSO（dimethyl sulfoxide）。实验周期中，研究人员依然训练小鼠执行延迟匹配样本任务，并观察其VIP神经元在任务执行期间的活动。结果表明，当延迟时间超过2秒时，VIP神经元的化学遗传学失活显著增加了达到表现标准所需的试验次数，但未增加错失试验。这说明VIP神经元在延迟时间较长时对任务学习有重要影响。此外，研究团队还发现VIP神经元的失活并未改变小鼠的整体舔水率，进一步支持了VIP神经元在工作记忆中的关键作用。
图2 VIP神经元失活会损害行为表现
为了探究VIP神经元D1受体（VIPD1R）在工作记忆中的作用，研究团队首先确认了之前的发现，即向前额叶皮层PFC注入D1R拮抗剂会损害工作记忆。接着，他们通过双侧注射Cre-dependent pSico-RED-shRNA（短发夹RNA）到VIP-Cre小鼠的中前额叶皮层（mPFC），选择性降低VIPD1R的表达，行为训练前至少8周进行注射；对照组小鼠则注射了Cre-dependent pSico–RED–scrambled shRNA。研究人员使用全细胞膜片钳记录技术，观察了D1R激动剂SKF-81297对VIP神经元活动的影响，发现SKF-81297显著提高了对照组VIP神经元的动作电位频率，但对D1R-KD组无显著影响，说明VIPD1R敲低成功。由于D1R敲低是不可逆的过程且需要较长时间，研究人员在未经训练的小鼠中进行了实验，其中VIPD1R-KD小鼠最终通过延长训练学会了任务，但与对照组相比，达到表现标准所需的时间显著更长，尤其是在延迟时间超过2秒时。该实验结果表明，VIPD1R在多巴胺调节工作记忆中起关键作用。此外，研究还发现锥体神经元D1R敲低对行为表现的影响不如VIP神经元D1R敲低显著，进一步支持了VIPD1R在前额叶工作记忆中的重要性。
图3 VIP神经元D1R-KD损害行为表现
为了探究多巴胺如何调节与工作记忆相关的VIP神经元活动，研究人员监测了多巴胺释放的动态变化和DTS的生理效应。他们使用基因编码的多巴胺传感器GRAB-DA，注射绿色荧光gDA3m病毒到VIP-Cre小鼠的mPFC，并植入GRIN棱镜镜片以靶向VIP神经元主要分布的2/3层。研究人员训练小鼠执行延迟匹配样本任务，并比较了首次4秒延迟训练阶段与熟练阶段的延迟期多巴胺动态。结果显示，在奖励交付（正确试验）时，多巴胺释放高于奖励省略（错误试验），且在熟练阶段，延迟期多巴胺释放在对侧目标试验中显著高于同侧目标试验，但在训练阶段未见显著差异。此外，熟练阶段的延迟期多巴胺浓度呈现逐渐增加的趋势，而训练阶段则没有。这些发现表明，多巴胺在熟练阶段通过调节VIP神经元活动，影响了工作记忆的表现。
图4 对侧延迟 - 周期多巴胺的释放高于同侧靶试验
为了探究DTS对延迟期VIP神经元活动的影响，研究团队在VIP-Cre × DAT-Cre小鼠的中前额叶皮层（mPFC）中，分别注射Cre-dependent jGCaMP7f病毒和CaMKII-dependent GCaMP6f病毒，以靶向VIP神经元和锥体神经元，用于观察DTS对PFC神经网络的整体多巴胺能影响；同时，研究人员还双侧注射了Cre-dependent ChrimsonR以靶向腹侧被盖区（ventral tegmental area, VTA）的多巴胺能神经元。小鼠在达到训练标准后，研究人员在随机选择的30%试验中，以20 Hz的频率光遗传刺激mPFC中的VTA终端，并通过钙成像监测VIP或锥体神经元的活动。结果显示，在4秒和15秒延迟期内，DTS显著提高了对侧目标试验中的行为表现，而同侧目标试验中的表现则下降。这表明DTS在延迟期内诱导了对侧选择偏向。此外，DTS显著增加了VIP神经元和部分锥体神经元的延迟期活动及其目标选择性，表明DTS增强了工作记忆信号。这些发现揭示了DTS对前额叶皮层神经元活动的调节作用，特别是对VIP神经元的影响更为显著。
图5 DTS引起对侧选择偏差
图6 DTS增强了工作记忆信号
由于多巴胺释放在对侧和同侧目标试验中存在差异，研究人员进一步探讨了DTS效应的潜在侧向性。他们通过估算方向性目标选择指数来分析DTS效应，结果显示在没有光遗传刺激的情况下，VIP神经元在4秒延迟期内倾向于对侧目标，而锥体神经元在15秒延迟期内则偏向同侧目标。在4秒延迟期内，DTS显著增强了VIP神经元对同侧目标的活动，而对对侧目标的活动无显著影响，导致延迟期活动偏向同侧目标。相反，在15秒延迟期内，DTS显著增强了VIP神经元对对侧目标的活动，导致延迟期活动偏向对侧目标。对于锥体神经元，DTS在4秒和15秒延迟期内均显著增强了对侧目标的选择性，特别是在15秒延迟期内，DTS显著增强了对侧目标的活动。这些结果表明，多巴胺在延迟期内以侧向依赖的方式调节VIP和锥体神经元的活动，也进一步揭示了多巴胺如何通过DTS调节前额叶皮层神经元的延迟期活动，并强调了在未来研究中考虑延迟时间的重要性。
图7 DTS效应的横向性
图8 短延迟和长时间的神经活动动态不同
这项研究揭示了前额叶皮层中血管活性肠肽（VIP）的神经元及其D1受体（D1Rs）在多巴胺调节工作记忆中的关键作用。研究发现，VIP神经元在延迟期传递了强烈的工作记忆信号，其失活显著损害了行为表现；此外，选择性敲低VIP神经元中的D1Rs也导致了行为表现的下降，表明VIP神经元是多巴胺影响工作记忆的主要介质。研究还发现，多巴胺释放的动态变化取决于目标位置，且多巴胺能末端刺激增强了神经元的目标选择性，表现出侧向依赖性。这些结果表明，多巴胺通过调节前额叶皮层的神经过程，影响了更高阶的认知功能。
未来的研究可以进一步探讨多巴胺在其他认知功能中的作用，并深入了解多巴胺在不同脑区之间的相互作用，以及这些相互作用如何影响整体认知功能。这将有助于揭示大脑功能的复杂机制，并开发新的治疗方法，如针对多巴胺系统失调的药物或神经调控技术，为治疗抑郁症、精神分裂症和帕金森病等疾病提供新的希望。
原文地址
https://doi.org/10.1126/sciadv.adn3221
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