伏隔核和背内侧纹状体腺苷A2A受体对认知可塑性的不同作用

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背景:认知可塑性(cognitiveflexibility)是一种根据环境中新的和意想不到的情况适当调整自己行为的能力,是适应和生存所必需的。这种复杂的行为依赖于不同大脑过程的有效参与,以识别环境中的显著变化,确定先前的策略不再适用,抑制先前的反应策略,建立新的策略。认知可塑性是认知控制的核心成分之一,在认知控制中具有重要的作用。另外,认知可塑性同样在我们日常生活中扮演着重要的角色。例如当我们使用不同系统的电脑时(苹果和windows系统),不同的按键和操作可以达到相同的结果,甚至是关闭窗口的位置都不同,此时需要我们灵活的转换以适应不同的操作方式。认知可塑性包括注意力固定转移(attentionalsetshifting)和逆向学习(reversallearning),认知可塑性的降低往往伴随着基底神经节功能障碍,并且在多种中枢疾病中都会出现认知功能障碍的现象如自闭症、精神分裂症、帕金森病、阿尔茨海默病和药物成瘾等。
  纹状体(striatum)是基底神经节的重要组成部分,可以接受不同脑区的谷氨酸能和多巴胺能神经元投射。大量证据表明纹状体在认知可塑性中起着重要作用。纹状体在解剖学和功能上是异质结构,可分为背侧纹状体(dorsalstriatum)和腹侧纹状体(ventralstriatum,主要组成是伏隔核nucleusaccumbens,NAc),背侧纹状体又可以进一步分为背内侧纹状体(dorsomedialstriatum,DMS)和背外侧纹状体(dorsolateralstriatum,DLS)。腺苷A2A受体(Adenosine2AReceptor,A2AR)选择性的高表达于纹状体苍白球间接通路神经元上。实验室前期研究表明前脑和纹状体A2AR敲减后都会促进逆向学习,然而,到目前为止纹状体不同亚区(背侧和腹侧纹状体苍白球上)的A2A受体对认知可塑性具体是怎样的作用仍未可知。
  目的:
  研究伏隔核和背内侧纹状体A2AR局部敲减后对认知可塑性两个不同成分的影响(注意力固定转移和逆向学习)及其可能的机制。
  材料与方法:
  1.实验采用脑立体定位仪将AAV8-Cre-zsGreen和AAV8-zsGreen病毒注射到A2AR(loxp+/+)小鼠的背内侧纹状体(DMS)和伏隔核(NAc)脑区,达到局部敲减A2AR的效果;
  2.病毒表达3-4周后进行小鼠操作箱认知可塑性检测实验(视觉辨别学习、注意力固定转移以及逆向学习),该实验方案不受人为干扰且自动化较强;
  3.进一步进行动机测试(progressiveratiotest,PRT)实验来探讨注意力和动机因素可能对认知可塑性的影响;
  4.最后进行矿场实验和Y-迷宫实验来排除运动、焦虑样行为以及空间工作记忆对结果产生的混淆效应;
  5.实验结束后全部小鼠用多聚甲醛灌注取脑,切片,进行免疫荧光染色,确定通过Cre-flox系统成功敲减DMS,NAc脑区的A2AR。
  结果:
  1.病毒AAV8-Cre-zsGreen表达的区域,A2A受体表达明显下降,而对照病毒表达区域A2A受体表达没有变化,证明A2A受体被准确敲减;
  2.背内侧纹状体和伏隔核A2A受体敲减后对小鼠的视觉辨别学习、空间工作记忆、运动以及焦虑样行为都无影响;
  3.伏隔核A2A受体敲减后,通过降低学习错误来促进认知可塑性的注意力固定转移,并可能通过降低保守错误来促进逆向学习;
  4.背内侧纹状体A2A受体敲减后对注意力固定转移学习以及逆向学习都无影响;5.伏隔核和背内侧纹状体A2A受体敲减后均会增强动机,但是对伏隔核的促进作用更强。
  结论:
  1.背内侧纹状体和伏隔核A2A受体对认知可塑性具有不同的调控作用;
  2.伏隔核A2A受体敲减后,通过提高小鼠对新规则的学习和保持能力,从而改善策略固定转移成分,通过提高对旧规则的抑制能力而促进逆向学习;背内侧纹状体A2A受体敲减后对认知可塑性的各个成分都无影响;
  3.伏隔核A2A对认知可塑性的促进作用和动机增强有关。
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