内侧前额叶皮层在意识性主动排尿行为中的作用及机制研究
批准号:
32100912
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
姚基伟
依托单位:
学科分类:
内分泌、泌尿与生殖生理
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
姚基伟
中文摘要
人和动物通过控制尿液的释放来调节生理功能和社交行为。意识性主动排尿依赖于大脑皮层的调控且机制复杂。近年来,大脑皮层在主动排尿行为中的调控作用取得了突破性进展。我们课题组前期研究结果表明初级运动皮层在主动排尿行为的调控中发挥重要作用。作为比初级运动皮层更加高级的内侧前额叶皮层(mPFC)是决策和执行运动控制的“核心”脑区,但其在决策主动排尿发生与否中的作用尚不清楚。本课题拟联合运用神经示踪技术、光纤记录、光遗传学和化学遗传学技术,来鉴定参与调控主动排尿的mPFC神经元的解剖定位和细胞类型,并解析不同类型mPFC神经元在主动排尿行为中的活动模式和作用机制。本研究旨在进一步阐明大脑皮层调控意识性主动排尿行为的神经机制,为临床中mPFC病变导致排尿功能障碍相关疾病的诊疗提供新的靶点。
英文摘要
Humans and animals control the release of urine to mediate physiological functions as well as for social communication. Voluntary urination is dependent on the regulation of cerebral cortex and its mechanism is complex. In recent years, breakthroughs have been made in the cortical control of voluntary urination. Our previous findings suggest that the primary motor cortex plays an important role in the control of voluntary urination. The medial prefrontal cortex (mPFC), which is a higher region than the primary motor cortex, is the "core" brain region for decision-making and executive motion control. But its function in deciding whether to start micturition is unclear. This study aims to identify the anatomical location and cell types of mPFC neurons involved in the control of voluntary urination, and to analyze the activity patterns and mechanisms of different types of mPFC neurons in voluntary urination by use of the pseudorabies virus-based retrograde trans-synaptic tracing, optical fiber recording, optogenentic and chemogenetic manipulations. The purpose of this study is to further clarify the neural mechanism of cerebral cortex in voluntary urination control, and provide a new target for the clinical diagnosis and treatment of urination-related diseases caused by mPFC lesions.
人和动物通过排尿活动来释放机体产生的代谢废物、调节体液平衡并维持正常的生命活动。中枢神经系统调控下的排尿活动主要分为两种类型:一种是由脑桥排尿中枢(PMC)介导的脊髓-球脊-脊髓反射通路调控下的反射性排尿;另一种则是由PMC上游的前脑高级脑区(如大脑皮层)精准控制下的意识性主动排尿。内侧前额叶皮层(mPFC)是参与决策和运动控制的重要脑区,但其在决策主动排尿发生与否中的作用和相应的神经环路机制尚不清楚。. 在本研究项目中,我们采用多种先进的神经科学技术,包括神经环路示踪技术、组织整体透明化技术、光片成像技术、光纤记录技术、化学遗传学与光遗传学操控技术,联合使用排尿功能监测技术(主要包括实验动物实时排尿监测、膀胱测压和尿道外括约肌肌电记录技术),建立了发情雌鼠尿液诱发雄鼠主动标记排尿的行为学范式,进而研究了mPFC与意识性主动排尿行为之间在解剖水平和功能水平上的联系,探讨了mPFC在调控主动排尿行为中的作用及其神经环路机制。我们的结果显示:1)在解剖水平上,mPFC内的第五层锥体神经元(兴奋性神经元)通过跨多级突触支配尿道外括约肌(EUS),并鉴定出了mPFC-PMC和mPFC-PAG-PMC两条神经环路;2)主动标记排尿行为能够增强mPFC神经元的活动水平。抑制特异性投射至PMC的mPFC神经元会损害主动排尿行为,而激活支配EUS的PMC内ESR1能神经元则能诱发主动标记样的排尿行为,抑制这些神经元则会导致排尿中断或无法排尿;3)位于mPFC下游的PAG神经元活动水平的升高与排尿行为密切相关;激活PAG能够诱发排尿行为,而抑制PAG的神经活动则会中断排尿;此外,激活特异性投射至PMC的PAG神经元同样能够引发排尿行为。综上所述,我们的研究结果表明,mPFC在调控主动排尿行为中发挥关键作用;mPFC第五层锥体神经元可通过mPFC-PMC环路控制主动排尿行为的发生,且mPFC-PAG-PMC环路可能参与排尿控制。这些研究成果为大脑皮层调控意识性主动排尿行为的理论提供了坚实的基础研究证据,也为临床上因大脑皮层病变引发排尿障碍相关疾病的诊疗提供了新的切入点。
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