课题基金 / 基金详情

任务状态下前额叶皮层控制觉醒的神经生物学机制

批准号:
32070984
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
黄志力
依托单位:
学科分类:
感觉与运动系统神经生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
黄志力

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
睡眠障碍问题日益严重。在休息期,机体进入睡眠,如有任务必须完成,仍能对抗睡眠,保持长时间清醒并处于工作状态。但是,任务状态下高级中枢控制觉醒行为的机制有待阐明。前额叶皮层(PFC)被认为是执行功能的中枢,在进行工作任务时皮层兴奋性增高。PFC向纹状体、下丘脑、丘脑等皮层下结构投射。我们前期发现,作为PFC最主要信息出口之一的纹状体在睡眠觉醒及目标导向型行为中发挥重要作用。因此提出假说:任务状态下,PFC-纹状体等皮层下结构的神经回路在大脑皮层控制觉醒过程中发挥关键作用。本研究将运用睡眠觉醒自动解析平台、光遗传和化学遗传法、四环素诱导调控表达系统、超微钙成像和电生理等技术,揭示任务状态下PFC控制觉醒的关键类型神经元,阐明PFC控制皮层下核团调控觉醒的神经环路和递质机制。预期结果将提出皮层自上而下调控觉醒新理论,为理解失眠发病机制、探索临床失眠治疗方案提供理论支撑及干预靶点。
英文摘要
Sleep disorders have become a serious social and medical problem. Generally, people sleep at night due to high sleep pressure. When there are ongoing assignment or task needing to be finished, the sleep could be counteracted and wake could be kept. However, the neural mechanisms underlying the brain controls wakefulness under task conditions remains to be clarified. The prefrontal cortex (PFC) is in charge of abstract thinking and thought analysis, and responsible for regulating behavior by its long-range connections with many subcortical structures, such as the striatum, the thalamus, and the hypothalamus. The neurons in the PFC mainly project to the striatum of the basal ganglia which has been demonstrated to play an important role in sleep-wake regulation and goal-directed behaviors. Therefore, we hypothesized that PFC-striatal pathway plays a crucial role in control of arousal and related behaviors for the task instance. Here we will apply the automatic sleep-wake analysis system, gene-manipulated mice, optogenetics and chemogenetics, tetracycline-controlled transcriptional system, miniature scope of calcium imaging in vivo, and electrophysiology to reveal the key neuronal types, neuron circuits, and neurotransmitters for the wakefulness controlled by the PFC under task conditions. The expected results will provide strong evidence to produce a novel theory for top-down control of wakefulness and be helpful in understanding insomnia pathogenesis.
睡眠障碍已成为威胁公共健康的重要问题。解析任务压力下维持觉醒的神经机制对于揭示失眠的病理机制具有重要意义。本研究聚焦于前额叶皮层(PFC)与皮层下结构的神经环路调控机制,旨在阐明在目标导向行为中对抗睡眠压力并维持觉醒的神经环路机制。作为PFC主要信息输出通路的尾壳核(caudate putamen, CPu)、伏隔核(nucleus accumbens, NAc)和外侧缰核(lateral habenula, LHb)可能在睡眠与觉醒的调控及目标导向行为中发挥重要作用。.本研究基于操作性行为模型,建立了小鼠在任务状态下维持觉醒的行为范式。实验结果表明,在任务驱动下,小鼠能够通过奖赏动机对抗睡眠压力,维持约4小时的觉醒状态。通过c-Fos免疫组化、光纤钙信号记录和TRAP技术,我们发现任务状态下活跃的脑区包括mPFC、NAc、CPu和LHb等,这些脑区的活性在任务过程中显著增加,并在睡眠与觉醒的转换中发挥重要作用。.进一步应用环路特异性光遗传学技术,研究了mPFC-NAc、mPFC-CPu和mPFC-LHb环路在睡眠与觉醒调控中的作用。结果表明,激活mPFC到NAc、CPu和LHb的投射末梢显著促进了非快速眼动(NREM)睡眠向觉醒状态的转化。利用D1R-cre小鼠模型,研究了纹状体D1受体阳性神经元在觉醒及睡眠觉醒转换中的关键作用。通过多通道电生理记录,探讨了纹状体D1受体阳性神经元与上游PFC活动的同步化关系。光遗传学实验进一步表明,纹状体D1受体阳性神经元通过脚内核或黑质的投射在觉醒调控中发挥关键作用。.综上所述,本研究建立了任务状态下维持觉醒的行为范式,揭示了mPFC通过调节NAc、CPu和LHb神经元的活性,介导了自上而下的觉醒控制机制。研究提出了皮层自上而下调控觉醒的新理论,并发现mPFC-NAc/LHb调控通路可能成为开发新型促觉醒药物的潜在靶点。该研究不仅为理解失眠的发病机制提供了新的视角,还为探索临床失眠治疗方案提供了理论支撑及干预靶点。.本项目共发表署名基金论文25篇,包括Current Biology、Molecular Psychiatry、Translation Psychiatry, Neuron、Sleep Medicine Reviews等权威期刊;培养博士后2人,博士研究生6人;在项目执行期获批筹建教育部睡眠研究国际联合实验室。
胶质细胞-神经元相互作用调控睡眠觉醒的作用与分子机制
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    248万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    黄志力
  • 依托单位:
任务状态下前额叶皮层控制觉醒的神经生物学机制
  • 批准号:
    82020108014
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    黄志力
  • 依托单位:
视交叉上核调控睡眠觉醒行为的神经生物学机制
  • 批准号:
    31530035
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    287.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    黄志力
  • 依托单位:
腺苷A2A受体启动和维持睡眠的分子机制
  • 批准号:
    31271164
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    90.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    黄志力
  • 依托单位:
国内基金
海外基金