小脑到腹侧被盖区投射的空间异质性和突触可塑性
Three-dimensional Heterogeneity and Intrinsic Plasticity of the Projection from the Cerebellar Interposed Nucleus to the Ventral Tegmental Area
王晨1 • 王思宇1 • 马旷怡1 • 沈颖1,2,3 • 苏立达4,5 • 周琳1
1浙江大学医学院附属邵逸夫医院生理学与精神病学系，杭州 310058，中国
2浙江大学国际健康医学研究院，浙江大学医学院附属第四医院脑健康中心，义乌 322000，中国
3浙江大学医学院浙江省医学神经生物学重点实验室，杭州 310009，中国
4浙江大学医学院第二附属医院多器官衰竭教育部重点实验室神经科学护理中心，杭州 310009，中国
5浙江大学医学院干细胞与再生医学研究中心，杭州 310058，中国
第一作者：王晨、王思宇、马旷怡
通讯作者：沈颖、苏立达、周琳
小脑在认知和情绪中发挥重要作用，小脑功能障碍与多种神经疾病有关，如自闭症谱系障碍、强迫症和注意缺陷/多动障碍。中脑腹侧被盖区（VTA）与多个脑区相联，参与多种脑功能。例如，丘脑−VTA−前额叶皮层回路在奖励行为中有关键作用。最近发表在Science的研究表明小脑核团（CN）向VTA发送兴奋性投射，调节位置和社交偏好，表明小脑与VTA间有密切联系，但是CN→VTA投射性质未明。
研究人员刺激小鼠的小脑间位核（IN），记录VTAIN神经元的诱发电位（LFP），分析VTAIN神经元LFP与其三维空间位置的关系。研究人员在ML-0.5→-0.9、AP-2.6→-3.5和DV-3.7→-4.6的三维空间中，以0.1mm间隔划分出100个亚区。给与相同强度的IN刺激，得到各个亚区VTAIN神经元的LFP，并按照最大LFP归一化描绘为热图。利用这种方法，研究人员得到了ML-0.5、-0.7和-0.9三个层面亚区的VTAIN神经元的LFP。研究人员发现，在所有的ML层面，各亚区VTAIN神经元的投射强度不均一。最大的LFP出现在DV-3.1、AP-1.2和ML-0.5或-0.7或-0.9这个切面上。
接着研究人员对IN刺激能否改变VTAIN神经元的放电，即内在兴奋性的可塑性展开研究。研究人员给予IN轴突末梢光强直刺激，监测刺激前后VTAIN神经元的放电。结果显示，20 Hz/1秒的光刺激导致VTAIN神经元的放电率显著增加。刺激诱导的放电频率增加可以维持至少3s。这些结果表明强直刺激IN末梢可以诱导VTAIN神经元内在兴奋性的可塑性。
图1 IN→VTA投射的空间异质性。A-B 实验方案和INVTA神经元的LFP。C-E 3个ML层面中每个亚区的INVTA神经元的LFP幅值。热图表示每个亚区归一化到该层面具有最大值的亚区（红色）的比值。F 根据Allen mouse brain common coordinate framework（Allen mouse CCF）进行映射，展现具有最大LFP的VTA亚区（红点）的侧视、顶视和后视图。
图2 光遗传学激活诱导IN→VTA投射的可塑性。A 在IN中表达ChR2，在VTA放置光电极刺激IN轴突末梢，并记录VTA神经元的spike。B 20Hz光刺激前后的VTAIN神经元的spike。C 光栅直方图显示20Hz光刺激后，VTAIN神经元的放电增加。D VTAIN神经元在20Hz刺激前、中和后的平均放电频率。
综上所述，本文揭示了VTAIN神经元接受IN输入存在空间差异，作为理解小脑多样化影响脑网络提供了证据。未来建立一个基于3D空间的脑投射差异性图谱将显著推进理解大脑功能。VTAIN神经元的内在可塑性阐明了小脑输出如何调节其他脑区的活动，这种可塑性可能作为一种新机制编码大脑投射信息。
关键词：小脑；腹侧被盖区；诱发电位；突触可塑性；小脑连接体
文章查阅请扫描下方二维码或复制原文链接查看网络版：
https://link.springer.com/article/10.1007/s12264-024-01285-0
▲长按识别二维码阅读论文
点击 / 阅读全文
