好奇心和探索新环境是生物适应和生存的本能行为。探索性行为依赖于高度觉醒，然而，与探索行为相关的觉醒神经环路及其机制有待阐明。近日，药理学系睡眠课题组团队在Nature Communications（IF=17.694）发表研究成果，揭示丘脑下旁核（parasubthalamic nucleus, PSTN）钙网膜蛋白（calretinin, CR）神经元调控探索相关觉醒行为的作用及机制。

研究人员采用光纤钙信号记录PSTN^CR神经元在自主睡眠-觉醒和其它多种行为中的活性变化，发现PSTN^CR神经元在觉醒和探索行为中活性最高，表明其与觉醒和探索行为高度相关。运用控制神经元活性的化学遗传学和光遗传学方法，结合脑电肌电记录以及行为学实验进一步研究发现：激活PSTN^CR神经元可显著增加小鼠觉醒时间以及觉醒期间探索行为的比例，反之，抑制PSTN^CR神经元则显著降低小鼠觉醒以及探索行为，表明PSTN^CR神经元调控生理性觉醒和探索行为。为阐明PSTN^CR神经元调节觉醒行为的神经环路机制，采用形态学、电生理学技术和光遗传学方法等，发现PSTN^CR神经元主要通过PSTN^CR-VTA（ventral tegmental area，腹侧被盖区）和PSTN^CR-PB（parabrachial nucleus, 臂旁核）通路调控觉醒，而PSTN^CR-VTA通路诱导的觉醒与探索行为相关。虽然PSTN^CR向觉醒核团丘脑室旁核（paraventricular thalamus，PVT）发出纤维投射，但PSTN^CR-PVT环路在PSTN^CR主导的觉醒和探索行为中不发挥作用。

该研究揭示了PSTN^CR神经元调控觉醒和探索行为的作用及其神经环路机制，但与焦虑及抑郁等负面情绪无关。研究成果可能为临床治疗睡眠障碍提供新靶点和新思路。

文章作者及基金支持

课题组成员郭涵和江建波为论文共同第一作者；复旦大学黄志力教授，曲卫敏教授和复旦大学附属中山医院李善群教授为共同通讯作者。本工作得到脑科学研究院何苗教授、日本筑波大学Lazarus Michael研究员等人员的支持和帮助。该研究在中国脑计划“脑科学与类脑研究”重大科技项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金和上海市科委等课题支持下完成。

文章信息及链接：Han Guo, Jian-Bo Jiang, Wei Xu, Mu-Tian Zhang, Hui Chen, Huan-Ying Shi, Lu Wang, Miao He, Michael Lazarus, Shan-Qun Li, Zhi-Li Huang & Wei-MinQu. Nature Communications. 2023, April 25, 14:2346. https://doi.org/10.1038/s41467-023-37797-y