嗅闻与嗜酒行为的神经环路与网络基础

摘要

神经科学是研究神经系统结构和功能的科学。神经系统的极端复杂性使其研究一般是多模态、多层次、多尺度、多维度和多角度的。嗜神经病毒环路示踪技术和(功能)磁共振成像技术具有结构和功能相对应的双重属性，迅速发展成为现阶段研究的热门手段。本文以嗅闻和嗜酒相关行为为研究对象，充分利用了嗜神经病毒示踪技术、光遗传学技术、磁共振成像技术、血氧水平依赖的静息态功能磁共振成像技术以及图像数据分析等多重技术，获得了嗅闻和嗜酒相关行为的大脑结构与功能网络的研究成果。本文从动物行为出发，以解析脑网络及神经环路为目标，主要涉及主动嗅闻相关脑神经通路结构网络的构建、功能节点验证，附嗅系统犁鼻器结构的运动模式抽提以及酒精成瘾过程中脑功能网络的动态变化等。其中，前两部分主要涉及嗅觉为基础的嗅闻行为相关的脑结构研究，最后一部分则偏向于酒精成瘾行为的脑功能网络变化研究。
　　论文第一部分为主动嗅闻相关脑环路的研究。主动嗅闻(sniff)是利用嗅觉系统为获得环境信息主动采样的过程，但所涉及的脑网络及其调控机制基本未知。本文利用逆行跨多级伪狂犬病毒(PRV)从主动嗅闻涉及的外周肌肉神经末梢下手，示踪标记相关脑结构网络。同时，利用光遗传学操控证实了目标脑区-杏仁核梨状皮层移行区(AmPir)在主动嗅闻过程中扮演的充分必要角色。最后，根据该脑区下游投射区域推测了以其为节点的主动嗅闻脑网络。该部分研究弥补了主动嗅闻行为脑环路及网络研究的空白，为进一步解析该行为的神经网络、控制中枢提供了方向；
　　论文第二部分为犁鼻器采样的动态属性分析。犁鼻器(Vomeronasal Organ)作为附嗅系统信息素类物质的感受器，采样机制目前还未确定。本文利用MRI技术建立了针对犁鼻器采样无损的、简便的研究方法：通过灰度平均梯度算法子(GMG)及点乘归一化法(NDP)两种算法对MRI数据进行提取，克服了磁共振成像时间分辨率及空间分辨率存在的不足。研究结果揭示了犁鼻器的动态变速采样过程，为犁鼻器采样的生理机制及系统研究提供了新型策略。
　　论文第三部分为酒精成瘾动物模型建模过程中全脑功能网络的构建。酗酒是社会的一大问题，酒瘾的形成过程中脑功能网络的改变是酒瘾的本质。与常规研究相比，本文增加了小动物在成瘾培训过程中不同时期的脑网络的动态监测，并通过脑功能网络信息的提取及挖掘，确定了成瘾相关脑的脑区及网络变化时期。同时，通过成瘾与不成瘾两种模型的组间功能连接相关性分析，在脑功能层面证实了成瘾的遗传倾向性，为解析酒精成瘾的机理打下了基础。

目录

声明

1 绪论

1.1 大脑结构与功能网络

1.2 主要的脑环路及网络研究方法

1.3 自然行为与人造行为

1.4 嗅闻与酒精成瘾

1.5 系统性及创新性

1.6 研究前景与展望

2 关于主动嗅闻功能脑环路的探究

2.1 引言

2.2 研究目的及现状

2.3 实验设计及材料方法

2.4 实验结果

2.5 讨论与展望

2.6 本章小结

3 静态中的动态变化—基于T2结构像对犁鼻器采样的评估

3.1 引言

3.2 研究目的及现状

3.3 实验设计及材料方法

3.4 实验结果

3.5 讨论与展望

3.6 本章小结

4 基于酒精成瘾动物模型的静息态全脑功能网络研究

4.1 引言

4.2 应用举例

4.3 研究目的及现状

4.4 实验设计及材料方法

4.5 实验结果

4.6 讨论及展望

4.7 本章小结

5 全文总结与工作展望

5.1 本文工作总结

5.2 下一步工作展望

致谢

参考文献

附录1 攻读博士学位期间发表的主要论文及研究成果

附录2 攻读博士学位期间主要参与课题