腹內(nèi)側(cè)丘腦神經(jīng)元在小鼠覺(jué)醒-睡眠周期中的放電特征及變化

王 斌，胡昱博，童柳霞，張 潔，胡 波

400038 重慶，陸軍軍醫(yī)大學(xué)(第三軍醫(yī)大學(xué))基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院：生理學(xué)教研室1，五大隊(duì)15隊(duì)2；400042 重慶，陸軍特色醫(yī)學(xué)中心骨科3

協(xié)調(diào)機(jī)體處于適宜的覺(jué)醒狀態(tài)，對(duì)保證運(yùn)動(dòng)行為的精確發(fā)生具有重要意義。近年研究發(fā)現(xiàn)：腹內(nèi)側(cè)丘腦(ventromedial thalamus，VM)可能是協(xié)調(diào)覺(jué)醒水平與運(yùn)動(dòng)發(fā)生的關(guān)鍵神經(jīng)結(jié)構(gòu)。一方面，VM神經(jīng)元可以向前外側(cè)運(yùn)動(dòng)皮層發(fā)出興奮性投射，影響運(yùn)動(dòng)皮層神經(jīng)元的持續(xù)放電活動(dòng)，進(jìn)而參與運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備和啟動(dòng)。另一方面，VM神經(jīng)元還可以投射至大腦皮層的廣泛區(qū)域，調(diào)控大腦皮層淺層神經(jīng)元的興奮活動(dòng)，提升機(jī)體的覺(jué)醒水平。此外，VM神經(jīng)元接受內(nèi)側(cè)前額葉皮層、運(yùn)動(dòng)皮層、紋狀體和小腦等的信號(hào)輸入。因此，VM處于一個(gè)有利的解剖學(xué)位置，使其能夠整合機(jī)體運(yùn)動(dòng)和本體感覺(jué)等信息，進(jìn)而通過(guò)軸突支配來(lái)協(xié)調(diào)覺(jué)醒水平與運(yùn)動(dòng)發(fā)生。盡管現(xiàn)有證據(jù)表明，VM具有促進(jìn)覺(jué)醒的作用，但VM神經(jīng)元在不同腦功能狀態(tài)(如覺(jué)醒和睡眠)下的活動(dòng)特征目前仍不完全清楚。探索這一問(wèn)題將為揭示VM是如何整合信息并參與覺(jué)醒狀態(tài)調(diào)控提供基本認(rèn)識(shí)。由于VM形狀細(xì)長(zhǎng)、所處位置較深，準(zhǔn)確記錄大量VM神經(jīng)元在覺(jué)醒-睡眠過(guò)程中的活動(dòng)比較困難。在前期精確定位小鼠VM的基礎(chǔ)上，本研究擬將可推進(jìn)微電極陣列植入VM，以連續(xù)監(jiān)測(cè)該區(qū)域神經(jīng)元的放電活動(dòng)，并比較其與腹外側(cè)丘腦(ventrolateral thalamus，VL)區(qū)神經(jīng)元在不同覺(jué)醒-睡眠腦狀態(tài)及其相互轉(zhuǎn)換過(guò)程中的活動(dòng)差異。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

采用雄性、3月齡C57/BL6野生型小鼠4只，體質(zhì)量20～25 g[購(gòu)于重慶恩斯維爾生物科技有限公司，SYXK(渝)2017-0002]。在手術(shù)前適應(yīng)、術(shù)后恢復(fù)以及記錄實(shí)驗(yàn)期間，小鼠被置于光照∶黑暗為12 h∶12 h、溫度20～25 ℃的單籠標(biāo)準(zhǔn)飼養(yǎng)環(huán)境中。所有實(shí)驗(yàn)操作符合陸軍軍醫(yī)大學(xué)動(dòng)物福利倫理審查指南要求。

1.2 微電極陣列制作

剪取一段絕緣后直徑25 μm、長(zhǎng)約25 cm的鎢絲(California Fine Wire，美國(guó))。鎢絲對(duì)折之后，夾住兩端并對(duì)稱掛于鐵架臺(tái)上。對(duì)折使鎢絲變成4股垂直于實(shí)驗(yàn)桌面，其下端懸掛一根鐵質(zhì)磁力攪棒。利用磁力使攪棒旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速500 r/min。用熱風(fēng)槍固定形成4股螺旋狀的鎢絲tetrode電極。每組tetrode具有4個(gè)通道(Ch1～4)。將制備好的4組tetrode電極依次穿入平行排列的石英管(Polymicro Technologies，美國(guó))。每組tetrode電極間距160 μm。而后各組tetrode電極連接微推進(jìn)器和Omnetics電信號(hào)接頭。

1.3 微電極陣列植入手術(shù)

將小鼠放入麻醉誘導(dǎo)盒中，使用1%～1.5%異氟烷麻醉小鼠。在麻醉誘導(dǎo)成功后，將小鼠頭部固定于腦立體定位儀上。調(diào)節(jié)異氟烷濃度使小鼠的呼吸頻率控制在60～90次/min。調(diào)整顱骨水平，測(cè)量左、右對(duì)稱位置高度，使二者高度差<100 μm；測(cè)量前、后囟高度差，使二者高度差<200 μm。在雙側(cè)小腦上方對(duì)稱位置，鉆2個(gè)圓形小孔，植入2顆不銹鋼螺絲，分別作為地線與參考連接電極連接位點(diǎn)。在右側(cè)頂葉顱骨，植入1顆不銹鋼螺絲(坐標(biāo)，前囟后：1.9 mm，旁開：1.7 mm)，以記錄皮層腦電活動(dòng)。根據(jù)小鼠腦定位圖譜，在左側(cè)丘腦上方植入由4組tetrode鎢絲電極所組成的陣列，坐標(biāo)如下：①VM區(qū)，前囟后1.6 mm、旁開0.3 mm、初始植入深度3.9 mm；②VL區(qū)，前囟后1.6 mm、旁開0.7 mm、初始植入深度3.9 mm。術(shù)后小鼠恢復(fù)5～7 d，待體質(zhì)量成功恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)即術(shù)前水平后，再開始進(jìn)行適應(yīng)和電生理記錄。

1.4 電生理信號(hào)記錄

手術(shù)恢復(fù)后對(duì)小鼠進(jìn)行記錄環(huán)境和操作流程適應(yīng)訓(xùn)練，共2 d。在此期間，通過(guò)微推進(jìn)器將陣列電極尖端以70～105 μm/d的速度緩慢向VM或VL區(qū)域推進(jìn)，直到可以穩(wěn)定記錄到VM或VL區(qū)神經(jīng)元的放電活動(dòng)。用RHD2 000(Intan Technologies，美國(guó))神經(jīng)數(shù)據(jù)采集器、以20 kHz采樣頻率對(duì)VM或VL神經(jīng)元單位放電信號(hào)、右側(cè)頂葉腦電信號(hào)進(jìn)行采樣。電生理信號(hào)通過(guò)Neuro scope軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。電生理記錄均在當(dāng)日10:00～14:00開展。每次記錄時(shí)間至少2.5 h。每只小鼠記錄2～3次。每次記錄結(jié)束后，微電極陣列需推進(jìn)70～105 μm，以便在下一記錄日能夠記錄到新的VM或VL神經(jīng)元。

1.5 大腦覺(jué)醒-睡眠狀態(tài)判定

利用頂葉皮層的腦電活動(dòng)和頭頸部三維加速度來(lái)反映小鼠的大腦覺(jué)醒-睡眠狀態(tài)。定義標(biāo)準(zhǔn)如下：①覺(jué)醒(wakefulness，Wake)：頂葉皮層呈現(xiàn)明顯的theta頻帶(5～10 Hz)振蕩，且小鼠頭頸部三維加速度明顯增加，持續(xù)時(shí)間>10 s。②非快速動(dòng)眼(non-rapid eye movement，NREM)睡眠：頂葉皮層呈現(xiàn)高振幅、低頻(1～4 Hz)振蕩活動(dòng)，且小鼠頭頸部無(wú)明顯的三維加速現(xiàn)象，狀態(tài)持續(xù)時(shí)間>10 s。③快速動(dòng)眼(rapid eye movement，REM)睡眠：頂葉皮層呈現(xiàn)明顯theta頻帶(5～10 Hz)振蕩，但小鼠無(wú)頭頸部三維加速現(xiàn)象，且持續(xù)時(shí)間>10 s。

1.6 峰電位甄選

離線情況下對(duì)記錄到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾波(0.8～6.0 kHz)處理。使用KlustaKwik軟件對(duì)每組tetrode電極上所采集到的單位放電信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)甄選并歸為不同特征的峰電位集群。再通過(guò)Klusters軟件進(jìn)行手動(dòng)判別和甄選，篩除KlustaKwik 軟件在自動(dòng)甄選過(guò)程中誤判的噪聲(表現(xiàn)為不典型的動(dòng)作電位波形)，最終獲得高信度的VM或VL神經(jīng)元峰電位信號(hào)。

1.7 記錄位點(diǎn)驗(yàn)證

在全部記錄實(shí)驗(yàn)完成之后，利用直流電(總時(shí)程：10 s，強(qiáng)度：30 μA)損毀記錄電極尖端處腦組織。損毀48 h后，給小鼠腹腔注射致死劑量的戊巴比妥鈉(注射量：0.4 mL，濃度：3%)。再經(jīng)心臟灌注生理鹽水和4%多聚甲醛溶液各100 mL。將剝離后的腦組織置于4%多聚甲醛溶液中固定12 h，然后再轉(zhuǎn)移至30%蔗糖溶液中脫水24 h。使用冰凍切片機(jī)(CM1900，Leica，德國(guó))，將脫水后的腦組織制成50 μm厚的冠狀切片。經(jīng)DAPI染色后，在熒光顯微鏡(BX53，Olympus，日本)下觀察電極尖端的位置。只有損毀位點(diǎn)明確在VM或VL區(qū)小鼠的生理記錄信號(hào)數(shù)據(jù)才可以被納入數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析。

1.8 數(shù)據(jù)分析

將甄選出的VM和VL神經(jīng)元放電峰電位，按照小鼠腦功能狀態(tài)進(jìn)行分類，分別計(jì)算VM和VL神經(jīng)元在不同腦功能狀態(tài)下的平均放電頻率，以及在不同狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)的放電頻率變化。此外，每個(gè)VM和VL神經(jīng)元的Wake-NREM調(diào)控指數(shù)由如下公式算得：(Wake狀態(tài)下平均放電頻率-NREM睡眠狀態(tài)下平均放電頻率)/(Wake狀態(tài)下平均放電頻率+NREM睡眠狀態(tài)下平均放電頻率)。每個(gè)VM和VL神經(jīng)元的REM-NREM調(diào)制指數(shù)則由如下公式算得：(REM睡眠狀態(tài)下平均放電頻率-NREM睡眠狀態(tài)下平均放電頻率)/(REM睡眠狀態(tài)下平均放電頻率+NREM睡眠狀態(tài)下平均放電頻率)。

1.9 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 小鼠腹側(cè)丘腦區(qū)神經(jīng)元的在體電生理記錄和特性區(qū)分

為了確定VM神經(jīng)元在覺(jué)醒-睡眠周期中的放電活動(dòng)特征及其變化，將微電極陣列植入到小鼠腹側(cè)丘腦。所有電生理記錄完成后的組織學(xué)鑒定結(jié)果顯示：在2只小鼠中，微電極陣列準(zhǔn)確植入到VM區(qū)，見圖1A。而在另外2只小鼠中，微電極陣列植入到VL區(qū)域，見圖1B。本實(shí)驗(yàn)的在體微電極多通道記錄均在日間時(shí)相開展，每次記錄的平均時(shí)間為(168.2±18.8)min。

A：VM區(qū)域；B：VL區(qū)域 黃色實(shí)線：示4組tetrode電極；虛線：示不同腦區(qū)的分界

進(jìn)一步對(duì)小鼠VM和VL神經(jīng)元的電生理學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)共記錄和甄選出50個(gè)VM神經(jīng)元和40個(gè)VL神經(jīng)元的單位放電活動(dòng)。結(jié)果顯示：VM神經(jīng)元和VL神經(jīng)元峰電位的谷-峰波寬均較寬，前者波寬為(0.68±0.01)ms(

n

=50)，見圖2A，后者波寬為(0.63±0.01)ms(

n

=40)，見圖2B。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析顯示：VM神經(jīng)元峰電位的谷-峰波寬較VL神經(jīng)元更寬(

t

=1.975，

P

=0.004)，見圖2C。此外，VM神經(jīng)元的平均放電頻率為(2.98±0.36)Hz，VL神經(jīng)元平均放電頻率為(7.58±0.79)Hz。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析顯示，VM神經(jīng)元的放電頻率顯著低于VL神經(jīng)元(

t

=-5.721，

P

<0.01)，見圖2D。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，VM和VL神經(jīng)元具有不同的在體電生理學(xué)特性。

A：Tetrode電極記錄的代表性VM神經(jīng)元單位發(fā)放的峰電位波形(Ch1～4，通道1～4)；B：Tetrode電極記錄的代表性VL神經(jīng)元單位發(fā)放的峰電位波形(Ch1～4，通道1～4)；C：VM神經(jīng)元(n=50)與VL神經(jīng)元(n=40)峰電位谷-峰波寬的比較；D：VM神經(jīng)元(n=50)與VL神經(jīng)元(n=40)平均放電頻率的比較 a：P<0.01

2.2 小鼠VM和VL神經(jīng)元在不同腦功能狀態(tài)下的放電活動(dòng)特征

研究進(jìn)一步對(duì)小鼠VM神經(jīng)元在覺(jué)醒-睡眠等不同大腦功能狀態(tài)下的活動(dòng)進(jìn)行分析。根據(jù)小鼠頂葉皮層腦電振蕩的頻率狀態(tài)及其頭頸部三維加速情況，可對(duì)覺(jué)醒和睡眠狀態(tài)進(jìn)行判別。如圖3所示：覺(jué)醒狀態(tài)時(shí)，小鼠頂葉皮層會(huì)呈現(xiàn)出theta頻帶(5～10 Hz)的振蕩，且頭頸部三維加速度明顯增加。當(dāng)處于NREM睡眠狀態(tài)時(shí)，小鼠頂葉皮層呈現(xiàn)高振幅、低頻(0.5～4.5 Hz)振蕩活動(dòng)，但頭頸部無(wú)明顯的三維加速現(xiàn)象。REM睡眠狀態(tài)時(shí)，小鼠頂葉皮層呈現(xiàn)明顯的theta頻帶(5～10 Hz)振蕩，但無(wú)頭頸部三維加速現(xiàn)象，見圖3A。統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果顯示：VM神經(jīng)元在覺(jué)醒狀態(tài)下的放電頻率[(4.13±0.47)Hz]顯著高于NREM睡眠期[(2.46±0.34)Hz，

t

=7.541，

P

<0.01]和REM睡眠期[(2.35±0.32)Hz，

t

=7.917，

P

<0.01]，見圖3B。覺(jué)醒狀態(tài)下的放電頻率高于NREM和REM睡眠期的VM神經(jīng)元數(shù)量占記錄到VM神經(jīng)元總數(shù)的94%(47/50)，6%的VM神經(jīng)元未表現(xiàn)出這種特性。VM神經(jīng)元在NREM和REM睡眠期間的放電頻率差異則無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(

t

=-1.172，

P

=0.246)。VM神經(jīng)元的Wake-NREM調(diào)制指數(shù)(

F

-

F

)/(

F

+

F

)和REM-NREM調(diào)制指數(shù)(

F

-

F

)/(

F

+

F

)(F是神經(jīng)元在某狀態(tài)下的平均發(fā)放頻率)分析顯示：VM神經(jīng)元Wake-NREM調(diào)制指數(shù)呈以0.28為平均重心的單峰分布，與覺(jué)醒狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。而REM-NREM調(diào)制指數(shù)則呈以0為平均重心的分布，表明其與REM睡眠不相關(guān)(圖3C)。以上結(jié)果提示：VM神經(jīng)元的放電活動(dòng)與覺(jué)醒狀態(tài)相關(guān)。與VM神經(jīng)元不同，VL神經(jīng)元放電頻率在覺(jué)醒狀態(tài)[(10.42±1.03)Hz，

t

=8.570，

P

<0.01]和REM睡眠期[(8.95±0.89)Hz，

t

=11.279，

P

<0.01]均高于NREM睡眠期[(3.68±0.62)Hz]，見圖3D。覺(jué)醒狀態(tài)下的放電頻率高于NREM睡眠期的VL神經(jīng)元數(shù)量占記錄到VL神經(jīng)元總數(shù)的92.5%(37/40)，7.5%的VL神經(jīng)元未表現(xiàn)出這種特性。VL神經(jīng)元的Wake-NREM調(diào)制指數(shù)(

F

-

F

)/(

F

+

F

)和REM-NREM調(diào)制指數(shù)(

F

-

F

)/(

F

+

F

)分析顯示，VL神經(jīng)元Wake-NREM調(diào)制指數(shù)呈以0.51為平均重心的單峰分布，而REM-NREM調(diào)制指數(shù)則呈以0.49為平均重心的單峰分布(圖3E)。以上結(jié)果提示：不同于VM神經(jīng)元，VL神經(jīng)元的放電活動(dòng)可能與覺(jué)醒和REM睡眠兩種狀態(tài)均相關(guān)。

A：覺(jué)醒、NREM睡眠和REM睡眠狀態(tài)的區(qū)分；B：3種腦功能狀態(tài)下VM神經(jīng)元放電頻率的比較神經(jīng)元Wake-NREM和REM-NREM調(diào)制指數(shù)分布；D：3種腦功能狀態(tài)下VL神經(jīng)元放電頻率的比較神經(jīng)元的Wake-NREM和REM-NREM調(diào)制指數(shù)分布

2.3 小鼠VM和VL神經(jīng)元在不同腦功能狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的放電活動(dòng)變化

研究進(jìn)一步探究VM神經(jīng)元是否會(huì)在大腦狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中發(fā)生活動(dòng)變化。如圖4A所示，在從NREM睡眠向覺(jué)醒狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，88%(

n

=44)的VM神經(jīng)元表現(xiàn)出放電頻率的顯著增加(

t

=-7.971，

P

<0.01)。當(dāng)從覺(jué)醒向NREM睡眠轉(zhuǎn)換時(shí)，76%的VM神經(jīng)元表現(xiàn)出放電頻率顯著降低(

t

=4.934，

P

<0.01)，見圖4B。當(dāng)由REM睡眠向覺(jué)醒狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，VM神經(jīng)元放電活動(dòng)也會(huì)顯著增強(qiáng)(

t

=6.742，

P

<0.01)，見圖4C。其中，發(fā)放頻率增強(qiáng)的細(xì)胞占總數(shù)的88%。但在從NREM睡眠向REM睡眠轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，VM神經(jīng)元的放電活動(dòng)無(wú)明顯的變化(

t

=-0.901，

P

=0.372)，見圖4D。

A：NREM睡眠向覺(jué)醒轉(zhuǎn)換時(shí)VM神經(jīng)元放電活動(dòng)的變化及其類型和比例；B：覺(jué)醒向NREM睡眠轉(zhuǎn)換時(shí)VM神經(jīng)元放電活動(dòng)的變化及其類型和比例；C：REM睡眠向覺(jué)醒轉(zhuǎn)換時(shí)VM神經(jīng)元放電活動(dòng)的變化及其類型和比例；D：NREM睡眠向REM睡眠轉(zhuǎn)換時(shí)VM神經(jīng)元放電活動(dòng)的變化及其類型和比例

研究還對(duì) VL神經(jīng)元在覺(jué)醒-睡眠轉(zhuǎn)換過(guò)程中的活動(dòng)變化進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示：在從NREM睡眠向覺(jué)醒狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，88%的VL神經(jīng)元表現(xiàn)出放電頻率顯著增加(

t

=-6.153，

P

<0.01)，見圖5A。當(dāng)從覺(jué)醒狀態(tài)向NREM睡眠轉(zhuǎn)換時(shí)，94%VM神經(jīng)元表現(xiàn)出放電頻率顯著降低(

t

=9.429，

P

<0.01)，見圖5B。在從NREM睡眠向REM睡眠的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，VL神經(jīng)元的放電活動(dòng)顯著增強(qiáng)(

t

=-5.928，

P

<0.01)，見圖5D。而當(dāng)由REM睡眠向覺(jué)醒狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，VL神經(jīng)元放電活動(dòng)則無(wú)明顯的變化(

t

=-1.559，

P

=0.126)，見圖5C。

A：NREM睡眠向覺(jué)醒轉(zhuǎn)換時(shí)VL神經(jīng)元放電活動(dòng)的變化及其類型和比例；B：覺(jué)醒向NREM睡眠轉(zhuǎn)換時(shí)VL神經(jīng)元放電活動(dòng)的變化及其類型和比例；C：REM睡眠向覺(jué)醒轉(zhuǎn)換時(shí)VL神經(jīng)元放電活動(dòng)的變化及其類型和比例；D：NREM睡眠向REM睡眠轉(zhuǎn)換時(shí)VL神經(jīng)元放電活動(dòng)的變化及其類型和比例

3 討論

為確定VM參與機(jī)體狀態(tài)調(diào)控的細(xì)胞活動(dòng)機(jī)制，首先必須了解VM神經(jīng)元在諸如覺(jué)醒-睡眠過(guò)程中的放電活動(dòng)特征。為此，本研究利用在體多通道記錄技術(shù)，觀察VM神經(jīng)元在小鼠覺(jué)醒-睡眠周期中的放電活動(dòng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：VM神經(jīng)元在覺(jué)醒狀態(tài)下的放電活動(dòng)最強(qiáng)，而在NREM與REM睡眠狀態(tài)下的放電活動(dòng)無(wú)顯著差異。在NREM睡眠與覺(jué)醒狀態(tài)轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，VM神經(jīng)元具有顯著的放電活動(dòng)變化。VM神經(jīng)元在覺(jué)醒-睡眠周期及其轉(zhuǎn)換過(guò)程中的活動(dòng)特征與VL神經(jīng)元不同。

本研究結(jié)果顯示：小鼠VM神經(jīng)元的放電活動(dòng)與覺(jué)醒狀態(tài)密切相關(guān)。此外，VM神經(jīng)元在從NREM睡眠向覺(jué)醒轉(zhuǎn)換的過(guò)程中放電活動(dòng)顯著增加，而在從覺(jué)醒向NREM睡眠轉(zhuǎn)換的過(guò)程中放電活動(dòng)顯著降低。近年研究報(bào)道，刺激VM神經(jīng)元可以促進(jìn)NREM睡眠向覺(jué)醒轉(zhuǎn)換，結(jié)合本研究結(jié)果表明：VM可能具有促進(jìn)覺(jué)醒的功能。由于VM神經(jīng)元還可投射支配前外側(cè)運(yùn)動(dòng)皮層參與運(yùn)動(dòng)發(fā)起，故其可能是協(xié)調(diào)覺(jué)醒與運(yùn)動(dòng)發(fā)生的關(guān)鍵神經(jīng)結(jié)構(gòu)，發(fā)揮協(xié)調(diào)覺(jué)醒水平與運(yùn)動(dòng)發(fā)生相適應(yīng)的作用。

那么，VM又是如何調(diào)節(jié)覺(jué)醒狀態(tài)的呢？前已述及，VM神經(jīng)元可廣泛投射并支配大腦皮層淺層。進(jìn)一步的研究則發(fā)現(xiàn)，VM神經(jīng)元與大腦皮層中的錐體細(xì)胞和中間神經(jīng)元建立特異性的突觸聯(lián)系。本課題組前期的工作發(fā)現(xiàn)：刺激VM神經(jīng)元可以增強(qiáng)以扣帶皮層為代表的大腦皮層神經(jīng)元的興奮性。綜上表明，VM可以通過(guò)調(diào)控廣泛大腦皮層淺層神經(jīng)元的興奮性來(lái)調(diào)控覺(jué)醒狀態(tài)。作為上游信號(hào)輸入結(jié)構(gòu)，前額葉皮層、運(yùn)動(dòng)皮層、紋狀體和小腦等則可分別將運(yùn)動(dòng)信息、本體感覺(jué)和痛覺(jué)等信息傳入VM。因此，VM可能整合上述信息，進(jìn)而影響大腦皮層神經(jīng)元的興奮性，參與覺(jué)醒狀態(tài)的調(diào)控。今后需要進(jìn)一步探索VM神經(jīng)元的覺(jué)醒相關(guān)放電活動(dòng)又是如何被運(yùn)動(dòng)皮層、小腦皮層等區(qū)信號(hào)輸入所調(diào)控。

一直以來(lái)，VL被認(rèn)為是聯(lián)系低位運(yùn)動(dòng)中樞(如腦干和脊髓)與運(yùn)動(dòng)皮層的紐帶。VL神經(jīng)元的放電活動(dòng)與運(yùn)動(dòng)計(jì)劃、動(dòng)作行為密切相關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)：VM與VL神經(jīng)元在覺(jué)醒-睡眠周期中的活動(dòng)模式不同。前者與中線丘腦相類似，低頻放電活動(dòng)僅與覺(jué)醒相關(guān)。而后者的高頻放電活動(dòng)則是與覺(jué)醒和REM睡眠兩種狀態(tài)均相關(guān)。近年有研究發(fā)現(xiàn)，刺激小腦投射至VM和VL的末梢，產(chǎn)生的興奮效應(yīng)也不同。因此，盡管均是位于腹側(cè)丘腦，VM和VL在功能以及電生理特性上存在較大的區(qū)別。今后的研究需關(guān)注這些區(qū)別與哪些生理功能相對(duì)應(yīng)。

本研究表明：在生理?xiàng)l件下，VM神經(jīng)元具有與覺(jué)醒相關(guān)的放電活動(dòng)。結(jié)合既往研究發(fā)現(xiàn)，小腦功能異常的患者或動(dòng)物表現(xiàn)出覺(jué)醒減少、睡眠增多的現(xiàn)象，以及小腦可整合多種信息并傳遞至VM的解剖學(xué)特點(diǎn)，故在今后有必要確定小腦-VM通路是否在覺(jué)醒狀態(tài)的調(diào)控過(guò)程中發(fā)揮作用。所得結(jié)果可能對(duì)拓展關(guān)于小腦非運(yùn)動(dòng)功能的新認(rèn)識(shí)有重要意義。