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2025-01-21 09:33:29億級神經(jīng)元: “億級神經(jīng)元”通常指的是具有模擬上億個神經(jīng)元及其連接能力的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或計算模型。這類系統(tǒng)能夠處理極為復(fù)雜的計算任務(wù)，尤其在人工智能、深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。通過模擬人腦神經(jīng)元的連接方式，億級神經(jīng)元系統(tǒng)能夠?qū)W習(xí)和識別復(fù)雜模式，應(yīng)用于圖像識別、語音識別、自然語言處理等多個方面。其強大的計算能力推動了人工智能技術(shù)的進步，為智能科技的發(fā)展提供了重要支撐。

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浙江大學(xué)聯(lián)合之江實驗室共同研發(fā)—“億級神經(jīng)元類腦計算機”

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2020-09-09
億級神經(jīng)元類腦計算機神經(jīng)元芯片

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億級神經(jīng)元問答

2023-07-17 14:27:23【THUNDER小課堂】D2多巴胺受體在神經(jīng)元中的表達: 小鼠大腦黑質(zhì)的快速、高對比度成像本文討論如何通過使用Instant Computational Clearing（ICC）的THUNDER Imager 3D Assay比傳統(tǒng)寬場顯微鏡更加清晰地觀察小鼠腦黑質(zhì)中的D2多巴胺受體（D2R）。研究人員還可以使用THUNDER Imager優(yōu)化腦樣本的抗體染色。D2R是一種突觸后受體，可在紋狀體中高度表達。D2R激活會導(dǎo)致與細(xì)胞分化、生長、代謝等相關(guān)的信號通路。D2R在多巴胺能神經(jīng)傳遞和運動控制中也發(fā)揮著重要的作用。這種類型的神經(jīng)科學(xué)研究旨在更好地理解基因表達如何調(diào)控帕金森病、肌張力障礙、舞蹈癥和精神錯亂等疾病。簡介 D2多巴胺受體（D2R）是一種突觸后受體，其在紋狀體中高度表達，D2R激活會導(dǎo)致與細(xì)胞分化、生長、代謝及凋亡等相關(guān)的信號通路。D2R在多巴胺能神經(jīng)傳遞和運動控制中也發(fā)揮著重要的作用。神經(jīng)科學(xué)研究的目的是全方位了解基因表達的改變?nèi)绾握{(diào)控帕金森病、肌張力障礙、舞蹈癥、嗜睡癥、強迫癥、精神錯亂和情緒不穩(wěn)定等疾病引發(fā)的認(rèn)知功能障礙。本研究對小鼠腦部黑質(zhì)區(qū)[3]神經(jīng)元[1,2]中的D2多巴胺受體表達水平進行了檢測。使用傳統(tǒng)的熒光寬視場成像時，圖像結(jié)果可能非常模糊，因此，通常會使用共聚焦顯微鏡來代替[4]。研究結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)寬場顯微鏡相比，通過使用Instant Computational Clearing（ICC）的THUNDER Imager 3D Assay能更加清晰地觀察到小鼠腦黑質(zhì)致密區(qū)的D2多巴胺受體（D2R）。挑戰(zhàn) 在這種神經(jīng)科學(xué)研究中，能夠快速篩查腦部樣本的成像解決方案會非常有用。高質(zhì)量的圖像對于清晰解析被染色的多巴胺受體也必不可少。較厚的樣本需要以良好的對比度對其內(nèi)部深處進行成像。寬視場顯微鏡成像快速，并具有較高的檢測靈敏度，但由于非焦平面的信號干擾，通常會在厚樣本上觀察到模糊信號，從而顯著降低圖像的對比度[5,6]。方法本研究中使用了小鼠大腦黑質(zhì)區(qū)樣本，對其進行免疫染色，以顯示D2多巴胺受體（D2R）（紅色）、神經(jīng)元（TH抗體，綠色）和細(xì)胞核（DAPI，藍(lán)色）。使用倒置的復(fù)合顯微鏡平臺THUNDER Imager 3D Assay對腦樣本進行了成像，并應(yīng)用了即刻成像解析（ICC）。結(jié) 果在本研究中，ICC后的THUNDER圖像（見圖1）中實時顯示了小鼠腦樣本深處的清晰細(xì)節(jié)，且無任何離焦模糊。圖1：顯示D2R（紅色）、CA神經(jīng)元（綠色）和細(xì)胞核（藍(lán)色）的小鼠腦部圖像。A) 原始寬場數(shù)據(jù)和 B) 應(yīng)用ICC后的數(shù)據(jù)。圖片來源：Qi Wang博士，美國德克薩斯州休斯頓貝勒醫(yī)學(xué)院。結(jié) 論與傳統(tǒng)的寬場成像結(jié)果相比，THUNDER圖像可以更清晰地顯示被染色受體在腦部的位置。

2022-10-31 15:28:07神經(jīng)調(diào)控中，如何特異性激活某一類型神經(jīng)元?

2022-03-22 09:34:45人神經(jīng)元特異性烯醇化酶試劑盒: 　　人神經(jīng)元特異性烯醇化酶試劑盒,人(NSE)ELISA檢測試劑盒本生生物公司供應(yīng)：ELISA試劑盒,分光光度計，血清，熒光定量PCR耗材，移液器吸嘴，微量離心管，進口凍存管，細(xì)胞培養(yǎng)皿，培養(yǎng)板，培養(yǎng)瓶，吸頭，儀器及手套，色譜耗材，針頭過濾器。產(chǎn)品名稱：人神經(jīng)元特異性烯醇化酶(NSE)ELISA試劑盒貨號：BS-1622規(guī)格：96T/48T保存條件及有效期： 1、試劑盒保存：2-8℃。 2、有效期：6個月.人神經(jīng)元特異性烯醇化酶試劑盒,人(NSE)ELISA檢測試劑盒　　注：科研實驗專用。　　小鼠孤腓肽試劑盒,小鼠(OFQ/N)ELISA檢測試劑盒　　小鼠載脂蛋白E試劑盒,小鼠(Apo-E)ELISA檢測試劑盒　　小鼠過氧化物酶體增殖物激活受體α試劑盒,小鼠(PPAR-α)ELISA檢測試劑盒　　小鼠α1微球蛋白試劑盒,小鼠(α1-MG)ELISA檢測試劑盒　　小鼠溴脫氧核苷尿嘧啶試劑盒,小鼠(BrdU)ELISA檢測試劑盒　　小鼠內(nèi)臟脂肪特異性絲氨酸蛋白酶抑制劑試劑盒,小鼠(vaspin)ELISA檢測試劑盒　　小鼠生長激素釋放肽ghrelin試劑盒,小鼠(GHRP-Ghrelin)ELISA檢測試劑盒　　小鼠組織因子途徑抑制物試劑盒,小鼠(TFPI)ELISA檢測試劑盒　　人25羥基維生素D試劑盒,人(25-OH-VD)ELISA檢測試劑盒　　人神經(jīng)元特異性烯醇化酶試劑盒,人(NSE)ELISA檢測試劑盒　　人C1q腫瘤壞死因子相關(guān)蛋白-3試劑盒,人(CTRP3)?ELISA檢測試劑盒　　人N-羥乙酰神經(jīng)氨酸試劑盒,人(Neu5Gc)ELISA檢測試劑盒

2022-07-13 15:10:55Neuron：脊髓神經(jīng)元調(diào)控傷害性熱刺激感受新機制: 帶你看文獻，只做純干貨文獻精讀第25期文章概述對人來說，皮膚溫度高于43℃會引起急性疼痛，長時間暴露于傷害性熱刺激中會造成組織損傷，并破壞體溫的動態(tài)平衡。脊髓背角神經(jīng)元在處理和傳遞來自背根神經(jīng)節(jié)（Dorsal Root Ganglion, DRG）痛覺傳入纖維的感覺信號中起著關(guān)鍵作用，但是，傷害性熱刺激信號在脊髓中的處理過程尚不清楚。2022年5月12日，美國凱斯西儲大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員在《Neuron》雜志上發(fā)表題為“A novel spinal neuron connection for heat sensation”的文章，該研究證實了由脊髓ErbB4+（ErbB4，一種表皮生長因子受體家族的酪氨酸激酶受體）神經(jīng)元能夠通過NRG1-ErbB4信號通路來調(diào)控機體對傷害性熱刺激的感受，揭示了脊髓中一個新的傷害性熱刺激感受的調(diào)控機制。核心觀點1、脊髓ErbB4+神經(jīng)元能夠被傷害性熱刺激所激活；2、脊髓ErbB4+神經(jīng)元受TRPV1+傷害感受器的單突觸神經(jīng)支配；3、消融或抑制ErbB4+神經(jīng)元會降低動物對傷害性熱刺激的感受；4、同時抑制脊髓中ErbB4+、SST+和CCK+神經(jīng)元能夠進一步降低傷害性熱刺激的感受；5、NRG1-ErbB4信號通路能夠促進傷害性熱刺激的感受和熱痛過敏反應(yīng)。研究結(jié)果分析1. 傷害性熱刺激能夠激活脊髓中ErbB4+興奮性神經(jīng)元為了識別對傷害性熱刺激產(chǎn)生反應(yīng)的神經(jīng)元，作者利用了EGFP表達依賴于內(nèi)源性cFos啟動子的cFos::shEGFP小鼠。當(dāng)cFos::shEGFP小鼠受到傷害性熱刺激（52℃熱板）時，脊髓背角神經(jīng)元中的shEGFP表達增加，大量的shEGFP+神經(jīng)元位于脊髓背角表層（Ⅰ~Ⅱ?qū)樱@是傷害性感覺信息的接收區(qū)域。單細(xì)胞RT-PCR結(jié)果顯示，78%的shEGFP+神經(jīng)元為興奮性神經(jīng)元（Vglut2+），22%的shEGFP+神經(jīng)元為GABA能神經(jīng)元（GAD65/67+）。這與之前的研究結(jié)果一致，即大多數(shù)對傷害性熱刺激產(chǎn)生反應(yīng)的神經(jīng)元是興奮性神經(jīng)元。然而，shEGFP+神經(jīng)元具有極高的異質(zhì)性，涉及到多種類型的神經(jīng)元，比如，其中膽囊收縮素陽性（Cholecystokinin+, CCK+）和生長激素抑制素陽性（Somatostatin+, SST+）神經(jīng)元分別占18%和14%。值得注意的是，~1/3的shEGFP+神經(jīng)元表達了ErbB4，而ErbB4主要表達于興奮性神經(jīng)元中。這些結(jié)果表明，傷害性熱刺激能夠激活一群ErbB4+興奮性神經(jīng)元。為了驗證這一假設(shè)，作者對ErbB4:: CreER;Ai9小鼠進行熱刺激，該小鼠tdTomato的表達依賴于內(nèi)源性的ErbB4啟動子。在脊髓中，ErbB4-tdT+神經(jīng)元主要集中在背角，分布于多層背角和脊髓外側(cè)核（Lateral Spinal Nucleus, LSN）中，然而，熱激活的ErbB4-tdT神經(jīng)元（cFos+）主要位于脊髓背角表層中。ErbB4-tdT神經(jīng)元約占cFos+神經(jīng)元33%。這些結(jié)果確認(rèn)了脊髓背角表層ErbB4+興奮性神經(jīng)元是一種新型的傷害性熱反應(yīng)細(xì)胞。2. 脊髓ErbB4+，SST+和CCK+神經(jīng)元負(fù)責(zé)傷害性熱刺激感受接下來，作者通過在ErbB4::CreER;LSL-EYFP（ErbB4-EYFP）小鼠椎管內(nèi)注射AAV-mCherry-DIO-dtA（AAV-dtA）病毒，在ErbB4+細(xì)胞中特異性的表達A型白喉毒素（diphtheria toxin subunit A, dtA）來消融脊髓中的ErbB4+神經(jīng)元。與注射對照病毒的小鼠相比，注射AAV-dtA的ErbB4-EYFP小鼠中EYFP+細(xì)胞和Nmur2+神經(jīng)元數(shù)目顯著減少。接下來，小鼠接受了一系列的行為測試。與對照小鼠相比，注射AAV-dtA的ErbB4-EYFP小鼠在熱板以及哈格里夫斯實驗中，后爪退縮和舔爪的潛伏期中增加了~40%，表明ErbB4+神經(jīng)元對傷害性熱刺激的感受至關(guān)重要。辣椒素能夠激活感覺神經(jīng)元中的TRPV1受體，誘發(fā)自發(fā)性疼痛，與對照組相比，在AAV-dtA注射的ErbB4-EYFP小鼠，辣椒素誘導(dǎo)的小鼠舔足次數(shù)減少了30%。這些結(jié)果表明，ErbB4+神經(jīng)元是傷害性熱刺激的感受所必需的。此外，注射AAV-dtA的ErbB4-EYFP小鼠對機械刺激、冰冷-溫?zé)帷⒁约鞍W刺激的反應(yīng)與對照類似。這表明脊髓ErbB4+神經(jīng)元可能不參與這些刺激的感受。除了ErbB4+神經(jīng)元，SST+和CCK+中間神經(jīng)元也會被傷害性熱刺激激活。為了確定它們對熱刺激感受的貢獻，作者分別消融了這些神經(jīng)元。在熱板以及哈格里夫斯實驗中，消融SST+神經(jīng)元后小鼠的反應(yīng)潛伏期分別增加了26%和22%，而消融CCK+神經(jīng)元的反應(yīng)潛伏期則沒有增加。值得注意的是，將ErbB4+、SST+和CCK+三類神經(jīng)元同時消融時，小鼠對傷害性熱刺激感受的抑制作用顯著增加到60% - 80%。這些結(jié)果表明，傷害性熱刺激感受涉及脊髓中的ErbB4+、SST+和CCK+神經(jīng)元。3. ErbB4+神經(jīng)元受TRPV1+痛覺感受器的單突觸神經(jīng)支配，且能被傷害性熱刺激而非機械刺激所激活不同的軀體感覺信息由不同類型的傳入纖維傳入脊髓背角：Aβ纖維主要用于傳遞非傷害性刺激，而Aδ和C纖維用于傳遞傷害性刺激。為了確定ErbB4+神經(jīng)元的信息來源，作者利用帶背根的縱向脊髓切片來記錄背角中ErbB4+神經(jīng)元的興奮性突觸后電流（EPSCs）。對于Aδ和C纖維的刺激傳入，分別有76%和54%的表層ErbB4+神經(jīng)元記錄到了EPSCs，其中67%和46%的ErbB4+神經(jīng)元為單突觸傳入。相比之下，表層中有25%的ErbB4+神經(jīng)元記錄到Aβ纖維信息傳入，只有9.1%是單突觸傳入。此外，在深層ErbB4+神經(jīng)元中，6.7%和5.6%的神經(jīng)元接受Aδ和C纖維的單突觸傳入。這些結(jié)果表明，淺表層的ErbB4+神經(jīng)元主要接受攜帶傷害性信息的C和Aδ纖維的單突觸傳入。為了驗證ErbB4+神經(jīng)元是否被TRPV1+傷害性感受器的突觸支配，作者用到了QX-314（一種細(xì)胞內(nèi)鈉通道抑制劑，其細(xì)胞進入依賴于TRPV1的激活）。單獨使用QX-314對C纖維傳入的ErbB4+神經(jīng)元EPSC振幅影響不大。然而，在TRPV1激活物辣椒素存在的情況下，QX-314使EPSCs減弱，表明ErbB4+神經(jīng)元接受TRPV1+纖維的支配。與之一致的是，在QX-314和辣椒素的存在下，對C纖維刺激有反應(yīng)的ErbB4+神經(jīng)元的數(shù)量減少了。這種作用是C纖維特異性的，因為A纖維中TRPV1表達較低，QX-314對刺激A纖維產(chǎn)生的EPSCs的影響不大。這些結(jié)果為表層ErbB4+神經(jīng)元受TRPV1+ C纖維的支配提供了藥理學(xué)依據(jù)。為了找到這種神經(jīng)支配的形態(tài)學(xué)證據(jù)，作者將AAV-DIO-mCherry注射到TRPV1::Cre;ErbB4::CreER小鼠脊髓腰膨大區(qū)標(biāo)記ErbB4+神經(jīng)元，并將AAV-DIO-ChR2-EYFP注射到DRG中標(biāo)記TRPV1+末端。脊髓切片用突觸后標(biāo)記物Homer進行染色標(biāo)記。可以看到ErbB4+神經(jīng)元（mCherry+）被TRPV1+末端（即EYFP+）包圍。TRPV1+末端與Homer+突觸以及ErbB4+細(xì)胞密切相關(guān)。這些結(jié)果進一步表明，脊髓背角表層ErbB4+神經(jīng)元受到DRG中TRPV1+ 傳入纖維的支配。為了證明這些突觸是有功能的，作者利用光遺傳學(xué)激活表達視蛋白ChR2的TRPV1+末端。42%的表層ErbB4+神經(jīng)元能夠在光刺激下誘發(fā)EPSCs，這些EPSCs被TTX所抑制，而在TTX和4-AP同時存在的情況下，仍有36%的ErbB4+表層神經(jīng)元能夠被光刺激誘發(fā)EPSCs，這表明它們是由DRG中TRPV1+傳入纖維的單突觸所支配的。綜上所述，脊髓背角表層ErbB4+神經(jīng)元直接受TRPV1+傷害性感受器的單突觸神經(jīng)支配。為了確定ErbB4+神經(jīng)元是否對機械刺激產(chǎn)生反應(yīng)，作者將AAV-DIO-ChR2-EYFP注射到MrgprD::CreER;ErbB4::CreER小鼠DRG中，讓傳導(dǎo)機械刺激的MrgprD+神經(jīng)元表達ChR2，同時將AAV-DIO-mCherry注射到腰膨大來標(biāo)記ErbB4+神經(jīng)元。然而，對脊髓切片進行光刺激，大多數(shù)的ErbB4+神經(jīng)元（87%）未能記錄到EPSCs，這表明大多數(shù)ErbB4+神經(jīng)元不接受來自機械刺激感覺神經(jīng)元的傳入。在3個響應(yīng)ErbB4+神經(jīng)元中，有2個被TTX和4-AP抑制，表明它們接受了多級突觸傳導(dǎo)，只有一個出現(xiàn)了4-AP增強的EPSCs，表明其受到機械感覺神經(jīng)元的單突觸支配。作為對照，作者采用了相同的策略來觀察SST+脊髓神經(jīng)元對機械感覺神經(jīng)元刺激的反應(yīng)。大多數(shù)記錄的SST+神經(jīng)元（72%）產(chǎn)生了光刺激誘導(dǎo)的EPSCs，表明它們接受MrgprD+機械感覺神經(jīng)元的傳入，且61%為單突觸支配。這些結(jié)果表明，脊髓背角表層ErbB4+神經(jīng)元主要受傷害性熱刺激感受神經(jīng)元的支配，而非機械刺激感覺神經(jīng)元的支配。為了進一步表征在更接近生理條件下ErbB4+神經(jīng)元的敏感性，作者構(gòu)建了半完整的離體檢測范式，通過分離相連的部分脊髓、腰椎根、DRG、隱神經(jīng)和后肢皮膚，來記錄脊髓ErbB4+神經(jīng)元對皮膚刺激的反應(yīng)。在記錄的16個ErbB4+神經(jīng)元中，有9個（56%）對52℃刺激有反應(yīng)，有5個（30%）對0℃刺激有反應(yīng)。對15℃和40℃刺激有反應(yīng)的神經(jīng)元分別為1個（7%）和2個（13%）。這些結(jié)果表明，表層ErbB4+神經(jīng)元對傷害性熱刺激的反應(yīng)較好，其次是冰冷刺激，而對涼或溫?zé)岽碳さ姆磻?yīng)較弱。為了確定ErbB4+神經(jīng)元是否對機械刺激有反應(yīng)，研究者用Von-Frey絲刺激皮膚。在16個記錄的神經(jīng)元中，有14個無反應(yīng)。這些結(jié)果表明，脊髓背角表層ErbB4+神經(jīng)元對傷害性熱刺激比機械刺激更敏感。4.抑制ErbB4+神經(jīng)元會減弱動物對傷害性熱刺激的感受，反之則增強動物對熱刺激的感受隨后，作者探討了脊髓ErbB4+神經(jīng)元活性對傷害性熱刺激感受的影響。為了降低ErbB4+神經(jīng)元的活性，作者將AAV-DIO-hM4Di-mCherry（AAV-hM4Di）注射到ErbB4::CreER小鼠的脊髓腰膨大，并通過CNO來抑制ErbB4+神經(jīng)元活性。與對照相比，抑制ErbB4+神經(jīng)元增加了小鼠在熱板和哈格里夫斯實驗中的反應(yīng)潛伏期，并減少了辣椒素誘導(dǎo)的舔足。抑制SST+而非CCK+神經(jīng)元，小鼠在熱板以及哈格里夫斯實驗中的反應(yīng)潛伏期增加，但對辣椒素誘導(dǎo)的舔足沒有影響。值得注意的是，當(dāng)這三類的神經(jīng)元活性同時降低時，小鼠對傷害性熱刺激感受的抑制效果增加60%~80%。這些結(jié)果表明脊髓ErbB4+、SST+和CCK+神經(jīng)元的活動共同參與傷害性熱刺激感受，支持群體編碼模式理論。為了增加脊髓ErbB4+神經(jīng)元的活性，作者將AAV-DIO-hM3Dq-mCherry注射到ErbB4::CreER小鼠的脊髓腰膨大。與對照相比，激活ErbB4+神經(jīng)元降低了小鼠在熱板和哈格里夫斯實驗中的反應(yīng)潛伏期，且增加了辣椒素誘導(dǎo)的持續(xù)舔足時間。表明， ErbB4+神經(jīng)元激活增強了動物對傷害性熱刺激的感受。總之，這些結(jié)果揭示了ErbB4+神經(jīng)元在傷害性熱刺激感受中的關(guān)鍵作用。5. 傷害性熱刺激的感受依賴ErbB4激酶的活性ErbB4由生長因子神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白1（Neuregulin 1, NRG1）所激活，為了檢測NRG1-ErbB4信號通路是否參與了傷害性熱感受，作者檢測了脊髓背角NRG1和pErbB4的表達。結(jié)果顯示，暴露于52℃熱板的小鼠其脊髓背角NRG1和pErbB4的表達增加，表明傷害性熱刺激可以增強脊髓背角的NRG1-ErbB4信號。接下來，作者評估了 ErbB4的存在對傷害性熱刺激的感受是否必要，為此，作者構(gòu)建了ErbB4-rKO小鼠（該小鼠在除心臟外的任何組織，包括脊髓中都不表達ErbB4）。值得注意的是，與對照組小鼠相比，ErbB4-rKO小鼠在熱板和哈格里夫斯實驗中的反應(yīng)潛伏期增加，且辣椒素誘導(dǎo)的舔足次數(shù)減少，表明ErbB4在這些反應(yīng)中發(fā)揮了作用。隨后，為了消除其它組織中ErbB4突變可能存在的影響，作者通過在ErbB4f/f小鼠脊髓腰膨大注射了AAV-Cre-GFP病毒，來特異性的敲除脊髓背角中的ErbB4。與對照組相比，脊髓背角ErbB4敲除使得小鼠在熱板和哈格里夫斯實驗中的反應(yīng)潛伏期增加，辣椒素誘導(dǎo)的舔足次數(shù)減少。這些結(jié)果揭示了ErbB4在傷害性熱刺激感受中的必要作用。為了確定熱感受是否涉及ErbB4的激酶活性激活，作者以鞘內(nèi)注射的方式給小鼠注射阿法替尼（一種ErbB激酶抑制劑）。阿法替尼顯著減少了脊髓腰膨大中pErbB4的表達。動物在熱板、哈格里夫斯和辣椒素實驗中的反應(yīng)也減弱，但對針刺、掐和Von-Frey絲刺激反應(yīng)的影響不大。這些結(jié)果提示ErbB4激酶活性與傷害性熱刺激感受有關(guān)。為了進一步驗證這一點，作者對敲入突變株的T796G小鼠進行了研究，在T796G小鼠中，ErbB4可以被體積較大的抑制劑1NMPP1特異性抑制。鞘內(nèi)注射1NMPP1可降低脊髓腰膨大中pErbB4的表達。在行為反應(yīng)測試中，1NMPP1顯示了類似阿法替尼的效果。總之，這些結(jié)果表明脊髓中ErbB4的激酶活性與傷害性熱刺激感受有關(guān)。6. DRG中的NRG1參與了傷害性熱刺激的感受為了確定傷害性熱刺激感受是否與內(nèi)源性NRG1有關(guān)，小鼠被注射了ecto-ErbB4（一種NRG1中和肽）。鞘內(nèi)注射ecto-ErbB4可減少脊髓中的pErbB4表達，并且增加小鼠在熱板和哈格里夫斯實驗中的反應(yīng)潛伏期，減少辣椒素引起的舔足，但不會影響對針刺、掐和Von-Frey刺激的反應(yīng)。這些結(jié)果表明，內(nèi)源性NRG1參與了傷害性熱刺激的感受。NRG1在DRG中大量表達，為了確定DRG神經(jīng)元中的NRG1是否參與熱感覺，作者構(gòu)建了advillin-CreER;NRG1f/f小鼠，通過給予他莫西芬，可以誘導(dǎo)小鼠感覺性神經(jīng)節(jié)中NRG1的條件性敲除（cKO）。與對照相比，cKO小鼠脊髓中的NRG1和pErbB4蛋白的表達均減少，NRG1 mRNA的水平在DRG中降低，但在脊髓中沒有顯著變化。cKO小鼠在熱板和哈格里夫斯實驗中的反應(yīng)潛伏期增加，在辣椒素實驗中的舔足次數(shù)減少。然而，脊髓中的NRG1敲低對熱刺激行為反應(yīng)或背角中的pErbB4幾乎沒有影響。這些結(jié)果表明DRG中的NRG1信號在傷害性熱刺激的感受中起作用。7. NRG1-ErbB4信號能夠調(diào)控ErbB4+神經(jīng)元谷氨酸的傳遞上述結(jié)果已經(jīng)證明，表層中c-Fos+ ErbB4+神經(jīng)元大部分是興奮性神經(jīng)元。為了確定NRG1和ErbB4是否能夠調(diào)節(jié)谷氨酸的傳遞，作者將AAV-DIO-ChR2-EYFP病毒注射到ErbB4::CreER;Ai9小鼠中，在ErbB4+神經(jīng)元中特異性表達ChR2。在脊髓切片中，通過光刺激激活這些表達ChR2的ErbB4+神經(jīng)元，并在其鄰近的ErbB4-神經(jīng)元中記錄突觸后電流（PSCs）。在記錄的112 個ErbB4-神經(jīng)元中，當(dāng)膜電位鉗制在-70 mV時，其中31個神經(jīng)元記錄到了光刺激誘發(fā)的內(nèi)向電流；當(dāng)膜電位為0 mV時，所有神經(jīng)元均未記錄到光刺激誘發(fā)的外向電流，表明這些電流是EPSCs，而不是IPSCs。這些結(jié)果表明，表層的ErbB4+神經(jīng)元通過谷氨酸傳遞與下游神經(jīng)元進行交流。事實上，這些EPSCs能夠被AMPA受體和NMDA受體抑制劑CNQX和AP-5阻斷。根據(jù)這些EPSCs對TTX和4-AP的潛伏期和阻抗，可以確定，半數(shù)下游神經(jīng)元接受ErbB4+神經(jīng)元的單突觸神經(jīng)支配。用生物素標(biāo)記這些記錄神經(jīng)元的形態(tài)特征也支持這一觀點。接下來，作者確定了ErbB4+神經(jīng)元和靶細(xì)胞之間的谷氨酸傳遞是否受到NRG1-ErbB4信號通路的調(diào)控。在給予NRG1后的15分鐘內(nèi)，光刺激誘發(fā)的EPSCs的波幅顯著增加，而這種作用在洗脫后減弱，表明NRG1促進谷氨酸傳遞。此外，給予ErbB4抑制劑阿法替尼降低了EPSC幅值，表明ErbB4激酶活性的參與谷氨酸傳遞。總之，這些數(shù)據(jù)證明了NRG1-ErbB4信號通路在脊髓谷氨酸傳遞中的作用。8. NRG1-ErbB4信號通路參與病理性的熱痛過敏在周圍神經(jīng)炎癥或損傷等病理條件下，機體對熱刺激的反應(yīng)更加敏感。在完全弗氏佐劑（Complete Freund’s Adjuvant, CFA）引起炎癥性疼痛模型中，小鼠患肢在哈格里夫斯實驗中的反應(yīng)潛伏期顯著降低。以下證據(jù)能夠表明NRG1-ErbB4信號通路在炎癥引起的熱痛過敏中起作用。首先，NRG1和pErbB4在CFA注射小鼠的同側(cè)脊髓腰膨大中的表達增加。第二，在哈格里夫斯實驗中，鞘內(nèi)中和NRG1能夠增加小鼠撤足的潛伏期。第三，阿法替尼能夠抑制野生型小鼠的熱痛過敏，1NMPP1能夠抑制T796G小鼠的熱痛過敏。此外，作者還研究了該通路在慢性壓迫性損傷（Chronic Constriction Injury, CCI）誘導(dǎo)的熱痛過敏反應(yīng)中的潛在作用。CCI能夠誘導(dǎo)小鼠在哈格里夫斯實驗中的反應(yīng)潛伏期降低，提示發(fā)生熱痛過敏。與假手術(shù)小鼠相比，CCI組小鼠同側(cè)腰膨大中NRG1和pErbB4的表達升高。野生型鞘內(nèi)給予ecto-ErbB4、阿法替尼、或T796G小鼠給予1NMPP1均可降低CCI引起的熱痛過敏。這些結(jié)果支持NRG1-ErbB4信號通路參與病理性的熱過敏的觀點。總結(jié)該研究通過分析熱刺激感受神經(jīng)元，識別出脊髓背角表層ErbB4在傷害性熱刺激的感受中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。這些ErbB4+神經(jīng)元顯示以下特性。首先，它們主要接收來自攜帶傷害性信息的Aδ和C纖維的單突觸傳入，而不是接受來自攜帶非傷害性信息的Aβ纖維傳入。其次，ErbB4+神經(jīng)元受DRG中TRPV1+傷害性傳入纖維的單突觸支配，對傷害性熱刺激反應(yīng)較好，而對機械刺激反應(yīng)較差。第三，消融或抑制ErbB4+神經(jīng)元減弱了動物在熱板、哈格里夫斯以及辣椒素實驗中的反應(yīng)，表明它們的活動與傷害性熱刺激的感受有關(guān)。最后，文章證明了NRG1-ErbB4信號通路在生理條件下的傷害性熱刺激感受和病理條件下的熱痛過敏反應(yīng)中的作用。亮點研究方法這項工作闡述了脊髓ErbB4+神經(jīng)元在傷害性熱刺激感受中的作用機制。研究用到了動物手術(shù)造模、行為學(xué)評估、光遺傳學(xué)、電生理記錄、組織病理檢測、給藥以及分子檢測等實驗技術(shù)。瑞沃德深耕生命科學(xué)研究領(lǐng)域20年，一直致力于為客戶提供可信賴的解決方案和服務(wù)，可提供該研究中涉及的動物手術(shù)造模、行為學(xué)評估、光遺傳學(xué)、電生理記錄、組織病理檢測、給藥以及分子檢測等實驗的完整解決方案。截至目前，瑞沃德產(chǎn)品及服務(wù)覆蓋海內(nèi)外 100 多個國家和地區(qū)，客戶涵蓋700+醫(yī)院，1000+科研院所，6000+高等院校，已助力科研人員發(fā)表SCI文章12000+，獲得行業(yè)廣泛認(rèn)可。原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.04.021

2022-05-07 14:47:26Current Biology：紋狀體多巴胺D1受體神經(jīng)元能夠促進睡眠覺醒: 文章概述帕金森病（Parkinson’s disease, PD）患者伴隨有嚴(yán)重的睡眠障礙，包括嗜睡、失眠、快速眼動（Rapid Eye Movement, REM）睡眠行為障礙，有超過50%的PD患者受到嗜睡的影響，但是其機制目前并不明確。2022年1月11日，復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)研究院黃志力和曲衛(wèi)敏教授團隊在《Current Biology》上發(fā)表題“Striatal neurons expressing dopamine D1 receptor promote wakefulness in mice”的文章，該研究證實了背側(cè)紋狀體多巴胺能神經(jīng)元（Dopamine D1 Receptor, D1R）在睡眠行為中的作用，揭示了其調(diào)控覺醒的神經(jīng)環(huán)路機制，為帕金森病伴發(fā)睡眠障礙的治療提供新策略。核心觀點1、紋狀體 D1R 神經(jīng)元在覺醒期高度活躍，在非快速眼動（Non-Rapid Eye Movement, NREM）睡眠期安靜；2、紋狀體D1R神經(jīng)元的活動與前額葉皮層（Prefrontal Cortex, PFC）和背內(nèi)側(cè)丘腦（Mediodorsal Thalamus, MD）神經(jīng)元高度同步；3、紋狀體D1R神經(jīng)元通過下游的蒼白球內(nèi)側(cè)部（Entopeduncular Nucleus, EP）和黑質(zhì)網(wǎng)狀部（Substantia Nigra pars reticulata, SNr）神經(jīng)元控制覺醒。研究結(jié)果分析1.激活紋狀體D1R神經(jīng)元能夠誘導(dǎo)小鼠從NREM睡眠到清醒狀態(tài)的瞬時轉(zhuǎn)變?yōu)榱搜芯考y狀體D1R神經(jīng)元對睡眠狀態(tài)的控制作用，研究者用到了D1-ChR2-YFP小鼠，用于進行光遺傳刺激，同時結(jié)合在體腦電肌電記錄睡眠-覺醒狀態(tài)。在小鼠NREM睡眠期間，光遺傳激活D1R神經(jīng)元的可誘導(dǎo)小鼠立即從NREM睡眠過渡到清醒狀態(tài)（皮質(zhì)Delta波活動和肌肉張力的出現(xiàn)快速變化）。光刺激紋狀體D1R神經(jīng)元降低腦電Delta波功率，增加肌電均方根值（Root Mean Square, RMS）。在激發(fā)后60 s內(nèi)，從NREM睡眠到覺醒的概率迅速增加；從NREM睡眠到覺醒的潛伏期呈現(xiàn)刺激頻率依賴性的縮短。D1-ChR2-YFP小鼠在1、5、10、20或30 Hz持續(xù)10 s的光刺激下，從NREM睡眠到覺醒的潛伏期分別比對照組小鼠縮短20.3%、37.7%、64.2%、79.4%和84.9%。值得注意的是，大腦狀態(tài)的反應(yīng)對NREM睡眠具有選擇性，在REM睡眠中激活紋狀體D1R神經(jīng)元對大腦狀態(tài)沒有影響。綜上所述，激活紋狀體D1R神經(jīng)元可誘導(dǎo)小鼠從NREM睡眠立即過渡到清醒狀態(tài)。2. 紋狀體D1R神經(jīng)元在自發(fā)清醒和對外界刺激反應(yīng)時活躍為了評估自由移動小鼠在自發(fā)睡眠-覺醒狀態(tài)下紋狀體D1R神經(jīng)元的群體活動，研究者利用光纖記錄系統(tǒng)記錄了紋狀體D1R神經(jīng)元的鈣信號，利用腦電肌電記錄系統(tǒng)分析小鼠的睡眠-覺醒狀態(tài)。紋狀體D1R神經(jīng)元鈣信號在小鼠清醒時比REM或NREM時更強。值得注意的是，紋狀體D1R神經(jīng)元在NREM到覺醒過渡之前活動開始增加，而在覺醒到NREM過渡之前活動減少。相比之下，紋狀體D1R神經(jīng)元在從NREM睡眠到REM睡眠或從REM睡眠到覺醒期間的鈣活動沒有顯著差異。這些研究結(jié)果表明，紋狀體D1R神經(jīng)元在從NREM睡眠到清醒的過渡期間活動增加，并且在自發(fā)清醒時最活躍。為了研究紋狀體D1R神經(jīng)元對外界刺激的反應(yīng)動態(tài)，研究者記錄了不同顯著性刺激下小鼠紋狀體D1R神經(jīng)元的鈣信號。在NREM睡眠或清醒狀態(tài)時，給予70 db、24 khz、持續(xù)5 s的聲音刺激。在NREM睡眠期間，給予聲音刺激，紋狀體D1R神經(jīng)元的活動立即增加，小鼠立即從NREM睡眠轉(zhuǎn)到清醒。在清醒時，給予聲音刺激會進一步增加紋狀體D1R神經(jīng)元的活動。其它刺激，比如足底電擊、吹氣等也會導(dǎo)致紋狀體D1R神經(jīng)元活性增加。這些結(jié)果表明，紋狀體D1R神經(jīng)元不僅在自發(fā)清醒時被激活，而且在喚醒刺激時也會被激活。3. 紋狀體D1R神經(jīng)元與PFC和MD神經(jīng)元在自發(fā)睡眠-覺醒周期中的活動高度同步，并受到它們的調(diào)節(jié)背側(cè)紋狀體接受來自黑質(zhì)下致密部（Substantia Nigra pars compacta, SNc）的多巴胺能神經(jīng)傳入，以及大腦皮層和丘腦的谷氨酸能神經(jīng)傳入，但是GABA能的神經(jīng)傳入很少被記錄。研究者隨后探討了對背側(cè)紋狀體有神經(jīng)投射的區(qū)域是否也與參與了睡眠-覺醒的轉(zhuǎn)換。利用光纖記錄系統(tǒng)，研究者記錄了小鼠SNc、PFC、和MD在大腦不同狀態(tài)時的鈣活動。與紋狀體D1R神經(jīng)元活動相似，PFC和MD神經(jīng)元在清醒時比NREM睡眠時表現(xiàn)出更高的鈣信號。PFC/MD中谷氨酸能神經(jīng)元和SNc中多巴胺能神經(jīng)元在NREM睡眠到覺醒過渡后活動增加，在覺醒到NREM睡眠過渡后活動降低。為了明確地靶向支配背側(cè)紋狀體的神經(jīng)元，研究者采用病毒逆行示蹤方法來標(biāo)記這些對背側(cè)紋狀體發(fā)出投射的神經(jīng)元。這些投射到紋狀體的皮層和丘腦神經(jīng)元在NREM睡眠到覺醒過渡期間活動增加，而在覺醒到NREM睡眠的過渡期間活動則減少。并且這些特異性的PFC-紋狀體或MD-紋狀體投射神經(jīng)元的活動比PFC或MD神經(jīng)元活動下降的更快。PFC和MD神經(jīng)元存在許多細(xì)胞類型，并支配許多下游核團。這些活動下降率的差異可能歸因投射到紋狀體的神經(jīng)元只是PFC和MD神經(jīng)元的一個亞型。此外，在睡眠或清醒時給予聽覺刺激、足底電擊或者吹氣刺激，PFC和MD神經(jīng)元的活動也會增強。這些結(jié)果表明，紋狀體D1R神經(jīng)元的活動受到來自PFC和MD興奮性傳入的影響。為了進一步澄清它們之間的聯(lián)系，研究者采用多通道光纖記錄法同時記錄PFC、MD和紋狀體D1R神經(jīng)元的群體鈣活動。結(jié)果顯示紋狀體D1R神經(jīng)元、PFC神經(jīng)元和MD神經(jīng)元的活動在清醒時同時增加，在NREM睡眠時同時減少。Pearson相關(guān)性分析表明，這些腦區(qū)神經(jīng)活動高度同步。PFC-紋狀體投射神經(jīng)元、MD-紋狀體投射神經(jīng)元和紋狀體D1R神經(jīng)元在NREM睡眠到覺醒過渡期間活動增加，并在覺醒到NREM睡眠過渡期間活動降低。此外，為了進一步確定紋狀體D1R神經(jīng)元的活動是否與其上游同步，研究者采用了雙色多通道光纖記錄，同時將不同激發(fā)波長的鈣熒光探針分別注射到紋狀體或者PFC/MD。與單色多通道光纖記錄結(jié)果一致，紋狀體D1R神經(jīng)元的鈣信號和PFC神經(jīng)元和MD神經(jīng)元的鈣信號在清醒時均增加，在NREM睡眠時均降低。相關(guān)性分析表明，這些腦區(qū)間的神經(jīng)活動高度同步。為了研究PFC和MD神經(jīng)元抑制后對大腦狀態(tài)和紋狀體D1R神經(jīng)元活動的影響，研究者采用了化學(xué)遺傳學(xué)抑制PFC或MD的神經(jīng)元的活動，并利用光纖記錄系統(tǒng)記錄紋狀體D1R神經(jīng)元的活動。結(jié)果顯示，抑制PFC神經(jīng)元的活性導(dǎo)致覺醒減少以及NREM睡眠增加，同時，紋狀體D1R神經(jīng)元鈣信號的峰值和頻率降低；抑制MD神經(jīng)元活性清醒時間顯著降低，紋狀體D1R神經(jīng)元鈣信號的峰值和頻率也顯著降低。這些研究結(jié)果表明，紋狀體D1R神經(jīng)元、PFC神經(jīng)元和MD神經(jīng)元的鈣離子活動與睡眠和覺醒過程中的波動高度同步，且紋狀體D1R神經(jīng)活動受PFC和MD神經(jīng)傳入的調(diào)節(jié)。4. 激活皮質(zhì)-紋狀體、丘腦-紋狀體和黑質(zhì)-紋狀體的神經(jīng)投射均能誘發(fā)覺醒為了研究PFC、MD和SNc對的背側(cè)紋狀體神經(jīng)傳入各自在清醒轉(zhuǎn)變中的貢獻。研究者利用光遺傳技術(shù)分別激活PFC、MD和SNc神經(jīng)元在背側(cè)紋狀體的末梢。對末梢進行激活均降低了腦電波Delta功率，并增加了肌電強度和清醒的概率。激活背側(cè)紋狀體中PFC或MD神經(jīng)元末梢導(dǎo)致小鼠從NREM睡眠到覺醒的過渡潛伏期縮短，且呈刺激頻率依賴性。在1、5、10、20和30 Hz的光刺激下，激活紋狀體中PFC神經(jīng)元末梢小鼠從NREM睡眠到覺醒的潛伏期分別縮短了32%、55%、88%、90%和98%。在1、5、10、20和30 Hz的光刺激下，激活紋狀體中MD神經(jīng)元末梢小鼠從NREM睡眠到覺醒的潛伏期分別縮短了16.8%、33.3%、78.7%、80.4%和66.7%。激活紋狀體中SNc神經(jīng)元末梢小鼠從NREM睡眠到覺醒轉(zhuǎn)變的潛伏期減少，但是沒有刺激頻率依賴性。接下來，研究者分析了每個投射的喚醒促進效果。皮質(zhì)-紋狀體投射的喚醒促進作用最強，黑質(zhì)-紋狀體投射的喚醒促進作用最弱。總之，激活皮質(zhì)-紋狀體、丘腦-紋狀體或黑質(zhì)-紋狀體的投射足以引起覺醒。5. 紋狀體D1R神經(jīng)元通過下游的EP和SNr區(qū)域控制覺醒為了闡明紋狀體D1R神經(jīng)元下游腦區(qū)在調(diào)控覺醒的作用，研究者在紋狀體中條件性表達了光通道蛋白ChR2，并在紋狀體的下游區(qū)域E P或SNr分別埋入光纖。在NREM睡眠期間，激活EP或SNr中紋狀體末梢導(dǎo)致腦電波Delta功率降低，肌電張力增加。激活紋狀體-EP投射或紋狀體-SNr投射均會增加了覺醒的概率，并降低了NREM睡眠到覺醒的潛伏期。這些結(jié)果表明，光遺傳激活源自紋狀體D1R神經(jīng)元的紋狀體-EP投射或紋狀體-SNr投射均能引起覺醒的。6. 抑制紋狀體D1R神經(jīng)元可減少覺醒最后，研究者利用化學(xué)遺傳學(xué)的方法來抑制紋狀體D1R神經(jīng)元活性，來檢測它們對睡眠-覺醒狀態(tài)的控制作用。在小鼠活動期抑制紋狀體D1R神經(jīng)元活性，NREM睡眠在給藥后3小時內(nèi)顯著增加（66.1%），清醒時間顯著減少（28.9%）。這些結(jié)果表明，紋狀體D1R神經(jīng)元的抑制增加了NREM睡眠，并減少了覺醒。總結(jié)本研究作者發(fā)現(xiàn)紋狀體D1R神經(jīng)元的激活可誘導(dǎo)NREM睡眠向清醒狀態(tài)的瞬間轉(zhuǎn)換，且紋狀體D1R神經(jīng)元在清醒狀態(tài)下更加活躍。紋狀體D1R神經(jīng)元的活動與投射到紋狀體的皮質(zhì)或丘腦神經(jīng)元的活動是同步的。激活皮質(zhì)-紋狀體、丘腦-紋狀體、黑質(zhì)-紋狀體，或者紋狀體-EP、紋狀體-SNr的神經(jīng)投射，會讓動物立即從NREM睡眠向覺醒的狀態(tài)轉(zhuǎn)變。紋狀體D1R神經(jīng)元的上下游構(gòu)成了一個控制覺醒的上下回路。該研究的結(jié)果揭示了一個通過紋狀體D1R神經(jīng)元調(diào)節(jié)覺醒的神經(jīng)環(huán)路，為疾病相關(guān)的睡眠障礙治療提供了新策略。亮點研究方法這項工作利用了光遺傳學(xué)、光纖記錄以及在體腦電肌電記錄等技術(shù)揭示了紋狀體D1R神經(jīng)元調(diào)節(jié)覺醒的神經(jīng)環(huán)路。瑞沃德神經(jīng)科學(xué)研究解決方案提供貫穿動物疾病模型構(gòu)建、檢測和評估、調(diào)控機制研究的全流程產(chǎn)品和服務(wù)，覆蓋該研究中涉及的光遺傳學(xué)、光纖記錄、在體腦電肌電記錄、免疫組化等所有研究工作。在該項研究工作中，瑞沃德提供了用于病毒注射和顱腦手術(shù)的腦立體定位系統(tǒng)，確保相關(guān)實驗操作能夠精確完成。截止目前，瑞沃德產(chǎn)品及服務(wù)覆蓋海內(nèi)外 100 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