Ketamine affects memory consolidation: Differential effects in T-maze and passive avoidance paradigms in mice

The effects of ketamine, an N-methyl-D-aspartate (NMDA) antagonist, on memory in animals have been limited to the sub-anesthetic dose given prior to training in previous studies. We evaluated the effects of post-training anesthetic doses of ketamine to se

Stress enables synaptic depression in CA1 synapses by acute and chronic morphine: Possible mechanisms for corticosterone on opiate addiction

The hippocampus, being sensitive to stress and glucocorticoids, plays significant roles in certain types of learning and memory. Therefore, the hippocampus is probably involved in the increasing drug use, drug seeking, and relapse caused by stress. We have studied the effect of stress with morphine on synaptic plasticity in the CA1 region of the hippocampus in vivo and on a delayed-escape paradigm of the Morris water maze. Our results reveal that acute stress enables long-term depression (LTD) induction by low-frequency stimulation (LFS) but acute morphine causes synaptic potentiation. Remarkably, exposure to an acute stressor reverses the effect of morphine from synaptic potentiation ( similar to 20%) to synaptic depression ( similar to 40%), precluding further LTD induction by LFS. The synaptic depression caused by stress with morphine is blocked either by the glucocorticoid receptor antagonist RU38486 or by the NMDA-receptor antagonist D-APV. Chronic morphine attenuates the ability of acute morphine to cause synaptic potentiation, and stress to enable LTD induction, but not the ability of stress in tandem with morphine to cause synaptic depression. Furthermore, corticosterone with morphine during the initial phase of drug use promotes later delayed-escape behavior, as indicated by the morphine-reinforced longer latencies to escape, leading to persistent morphine-seeking after withdrawal. These results suggest that hippocampal synaptic plasticity may play a significant role in the effects of stress or glucocorticoids on opiate addiction.

Long-term depression in rat CA1-subicular synapses depends on the G-protein coupled mACh receptors

The subiculum, which is the primary target of CA1 pyramidal neurons and sending efferent fibres to many brain regions, serves as a hippocampal interface in the neural information processes between hippocampal formation and neocortex. Long-term depression (LTD) is extensively studied in the hippocampus, but not at the CA1-subicular synaptic transmission. Using whole-cell EPSC recordings in the brain slices of young rats, we demonstrated that the pairing protocols of low frequency stimulation (LFS) at 3 Hz and postsynaptic depolarization of -50 mVelicited a reliable LTD in the subiculum. The LTD did not cause the changes of the paired-pulse ratio of EPSC. Furthermore, it did not depend on either NMDA receptors or voltage-gated calcium channels (VGCCs). Bath application of the G-protein coupled muscarinic acetylcholine receptors (mAChRs) antagonists, atropine or scopolamine, blocked the LTD, suggesting that mAChRs are involved in the LTD. It was also completely blocked by either the Ca2+ chelator BAPTA or the G-protein inhibitor GDP-beta-S in the intracellular solution. This type of LTD in the subiculum may play a particular role in the neural information processing between the hippocampus and neocortex. (c) 2005 Elsevier Ireland Ltd and the Japan Neuroscience Society. All rights reserved.

Propofol effects on excitatory synaptic efficacy in the CA1 region of the developing hippocarnpus

The anesthetic, propofol, effectively suppresses excitatory synaptic transmission and facilitates long-term depression (LTD) in the CA1 region of the hippocampus. Here, we have examined whether these effects are different in the developing hippocampus. We found that propofol in suppressing whole-cell excitatory postsynaptic currents (EPSC) was more effective in 21 day old rats than either in 7 day old rats or under the condition of high intracellular chloride concentration in 21 day old rats. Furthermore, the propofol concentration to facilitate the NMDA receptor-dependent LTD was lower at postnatal day 21 than at postnatal day 7. Interestingly, the decay time of EPSC was decreased during the development from postnatal day 7 to 21, but it was increased by the recording condition of high intracellular chloride concentration or by propofol administration. All these effects of propofol were dependent on the chloride channel opening. These observations suggest that propofol may induce differential anesthetic effects in the developing hippocampus, at least partially, depending on the intracellular chloride concentration. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Morphine withdrawal affects both delayed-escape behaviour in Morris water maze and hippocampal NR2A/2B expression ratio

Repeated low-dose morphine treatment facilitates delayed-escape behaviour of hippocampus-dependent Morris water maze and morphine withdrawal influences hippocampal NMDA receptor-dependent synaptic plasticity. Here, we examined whether and how morphine wit

DE-71-induced apoptosis involving intracellular calcium and the Bax-mitochondria-caspase protease pathway in human neuroblastoma cells In vitro

Polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) are used extensively as flame-retardants and are ubiquitous in the environment and in wildlife and human tissue. Recent studies have shown that PBDEs induce neurotoxic effects in vivo and apoptosis in vitro. However, the signaling mechanisms responsible for these events are still unclear. In this study, we investigated the action of a commercial mixture of PBDEs (pentabrominated diphenyl ether, DE-71) on a human neuroblastoma cell line, SK-N-SH. A cell viability test showed a dose-dependent increase in lactate dehydrogenase leakage and 3-(4,5-dimethylthia-zol-2-yl)-2,5-diphenyl-tetrazolium bromide reduction. Cell apoptosis was observed through morphological examination, and DNA degradation in the cell cycle and cell apoptosis were demonstrated using flow cytometry and DNA laddering. The formation of reactive oxygen species was not observed, but DE-71 was found to significantly induce caspase-3, -8, and -9 activity, which suggests that apoptosis is not induced by oxidative stress but via a caspase-dependent pathway. We further investigated the intracellular calcium ([Ca2+](i)) levels using flow cytometry and observed an increase in the intracellular Ca2+ concentration with a time-dependent trend. We also found that the N-methyl d-aspartate (NMDA) receptor antagonist MK801 (3 mu M) significantly reduced DE-71-induced cell apoptosis. The results of a Western blotting test demonstrated that DE-71 treatment increases the level of Bax translocation to the mitochondria in a dose-dependent fashion and stimulates the release of cytochrome c (Cyt c) from the mitochondria into the cytoplasm. Overall, our results indicate that DE-71 induces the apoptosis of ([Ca2+](i)) in SK-N-SH cells via Bax insertion, Cyt c release in the mitochondria, and the caspase activation pathway.

Ⅰ、KMBZ-009 改善心理应激所致认知障碍和抑郁样行为的研究 Ⅱ、银杏叶提取物及复方制剂改善老年鼠空间学习记忆的突触可塑性机理

1、KMBZ-009 改善高台应激所致认知障碍和应激相关的抑郁样行为及其相关机理 研究。 虽然适当的应激会提高动物的学习记忆功能，但过量的应激特别是无法逃避 的应激，往往导致依赖海马或前额叶的学习记忆功能受损，这与应激改变脑内应 激激素（皮质酮，皮质醇等）和神经递质的释放，影响突触传递和可塑性（包括 长时程增强和长时程抑制，LTP 和LTD）有关。一些疾病的发生、发展和恶化， 比如抑郁症（Depression）、创伤后应激障碍（PTSD），往往也和应激相关联，其 神经化学基础被证实与内分泌系统和单胺类（如五羟色，去甲肾上腺素，多巴胺） 神经递质系统的功能密切相关。遗憾的是，到目前为止还没有发现能治疗应激的 药物。本实验室过去的研究证实：KMBZ-009(申报新药时的名称为芬克罗酮，英 文名Phenchlobenpyrrone)——一种新的取代吡咯烷酮类化合物，通过调节细胞 内钙，改变脑内神经递质的释放，从而影响脑高级功能。KMBZ-009 对神经递质 释放影响是否能减轻应激导致的认知障碍及应激相关疾病的发生还没有进行研 究。本研究采用Morris 水迷宫、行为操作箱、绝望游泳、膜片钳和活体电生理 技术研究了KMBZ-009 对高台应激所致认知障碍和应激相关的抑郁样行为的影响 及其相关机理。 研究结果发现，高台应激或皮质酮注射造成大鼠空间记忆提取障碍，这与其 导致的海马CA1 区突触可塑性改变有关，而KMBZ-009 能成剂量依赖性地逆转应 激对空间记忆提取的损伤作用，这与它阻断应激或皮质酮异化的LTD 和恢复应激 或皮质酮损伤的LTP 密切相关。KMBZ-009 能部分地降低因应激而升高的血清皮 质酮含量，此外，KMBZ-009 对大鼠海马CA1 区锥体神经元的兴奋和抑制电流的 影响可能也参与了其对应激的调节作用。KMBZ-009 能显著增加海马CA1 区锥体 神经元上AMPA 受体介导的兴奋性突触后电流（EPSC）的幅度，但不影响其动力 学特性。NMDA 受体介导的EPSC 不受KMBZ-009 的影响；GABA 受体介导的抑制突 触后电流（IPSC）的幅度几乎不受KMBZ-009 的影响，而其受体动力学特性明显 被KMBZ-009 改变，表现为IPSC 恢复的时间显著延长。KMBZ-009 对CA1 区兴奋 抑制电流的调节作用，使大鼠海马细胞具有更强的维持细胞稳态的能力，从而避免应激导致神经元功能的损害。KMBZ-009 对抗应激对认知得损伤作用提示其可 能会减少动物的抑郁样行为，本实验结果发现，KMBZ-009 确实能明显减少小鼠 在强迫游泳（FST）中的不动时间，增加大鼠在72 秒低频差式强化（DRL-72s） 模型中的强化率，并降低其反应率。其机制是KMBZ-009 增加正常动物中枢神经 系统胞外NE 水平，激活alpha 和beta 肾上腺素受体，从而使得实验动物的抑郁 样行为明显减少。 2、KMBZ-009 减轻氧化应激对细胞活力、线粒体电位及海马LTP 的损伤作用。 前人的研究表明，氧自由基过多是导致老年痴呆患者和老年人神经细胞凋亡 与认知障碍的因素之一。KMBZ-009 和阿尼西坦是吡咯烷酮类化合物，研究显示 均具有促智作用。有报道指出阿尼西坦能减少神经胶质细胞在缺血缺氧时氧自由 基的生成，从而避免细胞受到氧应激损伤。本研究采用神经元原代培养和离体电 生理学方法，观察了KMBZ-009 和阿尼西坦对氧应激神经元的保护作用。结果发 现，KMBZ-009 和阿尼西坦均能保护氧应激神经元的线粒体的功能，对抗氧自由 基对神经元细胞活力的损伤，从而有效逆转了氧化应激对海马脑片CA1 区LTP 的 损伤作用。KMBZ-009 的作用效果比阿尼西坦的效果强10 倍。 3、银杏叶提取物及复方制剂改善老年大鼠空间学习记忆的突触可塑性机理。 有研究表明，银杏叶和三七叶提取物能调节神经系统的功能。本研究采用 Morris 水迷宫和活体电生理技术研究了银杏三七复方制剂及银杏叶提取物（以 标准银杏叶提取物——金纳多作为阳性对照药）改善老年大鼠空间学习记忆障碍 的突触可塑性机理研究。结果发现：老年大鼠空间学习记忆能力较差，高频诱导 不能在其海马CA1 区引发LTP，当长期服用金纳多或复方制剂一个月后，老年动 物的空间学习记忆功能得到明显改善，这可能与药物增强海马LTP 有密切关系。 复方制剂的作用效果与金纳多的效果相当。 4、悬尾应激损伤避暗作业学习行为的多巴胺D1 受体机制。 近年来的研究表明，DA 系统对应激非常敏感，应激改变PFC 内DA 的含量， 从而导致依赖于PFC 的工作记忆受损。但目前尚不知道应激对DA 系统的影响是 否涉及依赖杏仁核和海马的情绪学习记忆功能。因此，我们采用被动回避作业和 行为药理学的方法，初步探讨了此问题。结果发现：和对照组动物相比，随着悬 尾应激持续时间的增加（5min、10min、20min），动物在避暗作业作业重测试中的步入潜伏期明显缩短，当动物被悬尾应激后回到鼠笼中休息20min，其步入潜 伏期无明显变化；腹腔注射DA D1 受体拮抗剂SCH23390 呈剂量依赖性地缩短动 物的步入潜伏期，但SCH23390 腹腔注射和悬尾应激共同处理实验动物时，此种 D1 受体拮抗剂能有效逆转应激对步入潜伏期的影响；进一步的研究发现，应激 或D1 受体拮抗剂对痛觉感受的影响不是其改变动物步入潜伏期的主要因素。本 研究结果表明悬尾应激导致脑内多巴胺释放过度增加，杏仁核（可能还有海马及 相关神经回路）内的D1 受体被过度激活，从而导致小鼠在操作被动回避任务时 的记忆获得障碍。

TRPV1 受体调控海马突触可塑性的机制及其功能意义

全世界有四分之一人口的日常饮食中包含辣椒及其相关食品，辣椒素是辣椒 里使人产生辛辣和呛感觉的主要成分。辣椒素受体最初是在感觉神经元克隆到 的，后来被命名为TRPV1，是因为发现它属于TRP（Transient receptor potential，瞬时受体势）离子通道家族。辣椒素及其受体在疼痛学领域已有广 泛的研究，但它们如何调节脑功能却知之甚少。很多报道显示辣椒素受体在脑内 广泛表达。在啮齿类动物的海马内，辣椒素受体从齿状回到CA3-CA1区均有表达。 在亚细胞层次，辣椒素受体在神经元胞体，树突棘和突触部位均有表达。近年来 辣椒素受体的内源性配体也被发现，包括花生四烯酸乙醇胺（anandamide, AEA）、 氮磷脂-多巴胺(N-arachidonoyl-dopamine, NADA)、 精胺等。辣椒素在很多脑 区（包括海马），可通过其受体调节神经元兴奋性和神经递质释放。 海马双向突触可塑性，长时程增强(LTP)和抑制现象(LTD)被认为是学习与记 忆的细胞机制。而LTP/LTD的诱导阈值是由 NMDA受体的激活程度及其引起的突 触后胞内钙水平决定的。因此调节NMDA受体和胞内钙信号被认为是调节LTP/LTD 诱导阈值最直接有效的方式。考虑到辣椒素受体的突触分布及其对钙离子的高通 透性，我们认为辣椒素受体的激活可能参与调节LTP/LTD的诱导阈值 本研究采用离体脑片场电位记录方式，发现辣椒素易化LTP的诱导而损伤了 LTD的诱导，并且降低了LTP/LTD的诱导阈值。在给予辣椒素受体的拮抗剂以后， 或者是在TRPV1基因敲除小鼠的脑片上，辣椒素对LTP/LTD的诱导均没有影响。 我们发现的辣椒素对LTP/LTD的影响与行为学应激对LTP/LTD的影响，两者效应恰恰相反，应激是易化LTD的诱导而损伤LTP的诱导。如期所料，辣椒素使应激 损伤的LTP恢复，同时阻断了应激易化的LTD。除了对LTP/LTD有重要的调节作 用以外，我们的结果也显示应激严重损伤了动物对空间记忆的提取。所以我们进 一步研究辣椒素能否对抗应激对动物空间记忆的损伤。我们发现海马内埋置导管 给予辣椒素可以使应激损伤的空间记忆得到恢复，同样，灌胃给予辣椒素也可以 对抗应激对动物空间记忆的损伤，进一步提示日常饮食中的辣椒会对应激相关的 精神障碍有潜在的正面影响。 从动物实验到临床实验都有广泛的证据表明应激对认知功能，焦虑，创伤后 应激综合症等有着深刻的影响。综上所述，我们第一次报道了辣椒素通过激活 TRPV1受体可以对抗应激引起的空间记忆损伤，该效应可能是通过调节LTP/LTD 的诱导阈值来实现的。我们工作的意义在于揭示了辣椒素受体在应激相关的精神 疾病中的潜在作用，为寻找治疗应激相关的精神心理障碍提供了新的靶点，也为 辣椒偏好的饮食习惯与精神卫生之间的关系研究提供了新的思路。

海马在情绪记忆中的作用

海马是中脑边缘系统的一个重要区域，不仅在学习和记忆中起着重要作用， 还在应激调控中起着关键作用。越来越多的报道表明，海马可能参与毒品成瘾。 本文围绕海马与成瘾、海马与应激的相互关系，应用行为学及电生理技术手段探 讨了海马在成瘾中的作用，并对应激的作用机制进行了研究。 第一部分试验首先研究了长期成瘾药物暴露对两种不同类型学习记忆的影 响，从而揭示成瘾对不同脑区的影响；我们还研究了长期毒品戒断对学习和记忆 的影响。用条件化位置偏爱/厌恶模型对海马在成瘾相关记忆中的作用进行了探 讨。实验结果提示，在成瘾过程中不同脑区发生了不同程度的适应性改变，从而 影响了该脑区相关的正常学习和记忆，其中慢性吗啡暴露损伤了海马依赖的空间 记忆提取，但长期戒断（戒断5 个星期）可以缓解成瘾导致的这些影响。另外， 海马在成瘾相关记忆中同样发挥了重要作用。吗啡偏爱形成后的环境线索再暴露 损伤海马突触长时程增强，提示了海马在环境线索诱导的药物渴求和复吸中可能 起着关键性作用。 第二部分试验主要探索了应激效应的作用机制及海马VR1 受体对抗应激效 应。发现含NR2B 的NMDA 受体参与了应激导致的海马突触可塑性改变，其阻 断剂Ro25-6981 阻断了应激易化的海马长时程抑制，避免了应激损伤的长时程增 强。另一方面，应激损伤海马依赖性的空间记忆提取，但是辣椒素(VR1 受体的 激动剂)直接注射入海马能逆转这种应激的损伤效应。相反，VR1 受体拮抗剂 capsazepin 处理产生了类似应激的损伤效应。提示了海马内VR1 受体可能是海马 记忆功能的一种重要受体系统。

1. 大鼠海马-前额叶回路在学习记忆中的作用2. 芬克罗酮改善恒河猴空间工作记忆的谷氨酸机制

一、大鼠海马-前额叶回路在学习记忆中的作用 解剖学研究证实大鼠和猴的海马结构（hippocampal formation, HF；本文‘海马 (hippocampus, Hip)’一词即指海马结构）和前额叶 (prefrontal cortex, PFC) 之间存在一条单向、同侧和单突触的神经回路，即海马-前额叶回路（Hip-PFC回路）。Hip和PFC均参与学习记忆等多种认知功能，PFC是工作记忆的关键脑区，而Hip是空间参考记忆的关键脑区。虽然人们已经对PFC和Hip进行了广泛深入的研究，但对Hip-PFC回路参与哪些认知功能还知之甚少。本研究的目的就是通过暂时阻断Hip-PFC回路，探讨其在学习和记忆中的作用。 在大鼠，Hip-PFC回路中的纤维主要从Hip腹部 (ventral hippocampus, VH)发出，投射到PFC的前边缘皮质(prelimbic cortex, PLC)、下边缘皮质 (infralimbic cortex, ILC) 和外侧前额叶 (lateral prefrontal cortex) 等亚区，其中PLC是Hip-PFC主要投射的区域。我们通过给动物安装慢性导管向脑内注射GABAA受体激动剂muscimol (MU) 阻断Hip-PFC回路。注射位点包括 ①双侧PLC，②双侧VH，③一侧VH和对侧PLC (VH-PLC)。我们首先观察了在PLC或VH局部注射MU对自由活动大鼠PLC和VH脑电功率的影响，并以此确定在行为实验中所用蝇蕈醇的剂量。然后采用T-迷宫空间交互延缓作业 (spatial delayed alternation task) 测试Hip-PFC回路被阻断的动物的空间工作记忆功能；采用被动回避作业 (passive avoidance task) 测试其情绪相关记忆的能力（训练前给药；24 h后重测试）；采用Morris水迷宫作业 (Morris water maze task) 测试其空间参考记忆的能力（每天训练前给药；训练期（3 d）结束24 h后重测试）。结果表明：在大鼠PLC或VH局部注射0.5 μg/0.25μl MU后30 min显著抑制VH 和PLC的脑电功率 (VH, p < 0.01; PLC, p < 0.05 vs. PBS/baseline)。注射MU (0.5 μg/0.25μl) 到 ①双侧PLC、②双侧VH、③VH-PLC均显著降低动物在空间交互延缓作业 (All p < 0.001, vs. PBS) 和空间Morris水迷宫作业中的成绩 (All p < 0.05, vs. PBS)，表明Hip-PFC回路在空间工作记忆（空间短时记忆）和在空间参考记忆（空间长时记忆）中均起重要作用。在空间交互延缓作业中，双侧PLC被抑制的大鼠的成绩显著低于双侧VH或VH-PLC被抑制的动物，说明PFC在空间工作记忆功能中占有主导地位。在被动回避作业中，双侧VH被抑制动物的回避反应的潜伏期显著短于对照动物 (p < 0.05 vs. PBS)，说明双侧VH被抑制动物的情绪记忆受损；而双侧PLC或VH-PLC被抑制的动物其回避反应的潜伏期与对照动物无显著差异 (PLC, p > 0.9; VH-PLC, p > 0.3 vs. PBS)，表明双侧PLC或VH-PLC被抑制的动物情绪记忆正常。被动回避作业的结果说明VH参与情绪记忆的形成，但Hip-PFC回路在情绪记忆形成中不起重要作用。 以上结果表明，大鼠Hip-PFC回路参与空间工作记忆和空间参考记忆而不是情绪记忆功能。情绪记忆的关键脑结构是杏仁复合体 (amygdala complex, AMC)，VH与AMC有密切的纤维联系。VH被抑制的大鼠情绪记忆受损，说明情绪记忆可能与AMC-Hip回路有关。情绪记忆与空间记忆（参考记忆和工作记忆）在解剖上的分离说明，对于不同类型的记忆来说，其在脑内的信息加工过程是并行的。神经回路内部的信息加工过程则是串行的，回路上任何一个结构的破坏均可导致回路功能的损伤。本研究的结果为学习记忆的“多重记忆系统”理论和记忆信息加工的串行并行机制提供了新的实验证据。 二、芬克罗酮改善成年恒河猴空间工作记忆的谷氨酸机制 芬克罗酮是中科院昆明植物所郝小江等合成的取代吡咯烷酮类化合物。中科院昆明动物所蔡景霞等发现芬克罗酮能改善东莨菪碱、育亨宾等导致的多种动物的不同类型的学习记忆障碍，提高老年动物的学习记忆能力，尤其是老年猴的空间工作记忆。已证实芬克罗酮为部分钙激动剂，可使脑缺血沙土鼠脑内升高的谷氨酸降低，而使正常的沙土鼠海马胞外谷氨酸释放增加。那么芬克罗酮能否提高正常动物的学习记忆，其对正常动物学习记忆的提高是否与其增加谷氨酸的释放有关？本研究采用空间延缓反应作业和谷氨酸NMDA受体拮抗剂MK-801在正常成年猴恒河猴上探讨了以上问题。 结果表明，口服芬克罗酮可显著提高成年猴的空间工作记忆，其量效曲线呈倒‘U’形，符合许多促智药的量效特点。0.25 mg/kg和0.5 mg/kg为芬克罗酮的最佳有效剂量 (p < 0.05 vs. 安慰剂)。肌注MK-801 (0.1 mg/kg) 显著降低成年猴的空间工作记忆 (p < 0.01 vs. 安慰剂)，而口服2.0 mg/kg和4.0 mg/kg的芬克罗酮则显著改善MK-801导致的工作记忆障碍 (p < 0.05 vs. MK-801)。芬克罗酮的所有测试剂量不影响猴在作业中的反应时 (p > 0.05 vs. 安慰剂)，表明芬克罗酮在该剂量范围不影响动物的运动能力。 本研究结果提示，芬克罗酮可能通钙激动作用促进谷氨酸的释放，在一定剂量范围内提高胞外谷氨酸水平，提高正常动物的空间工作记忆等认知功能。 关键词：芬克罗酮，恒河猴，空间工作记忆，空间延缓反应作业，谷氨酸，MK-801

阿片和多巴胺，胆碱，谷氨酸神经递质在学习记忆中的作用

阿片，多巴胺、胆碱及谷氨酸神经递质系统在学习记忆中起着重要作用，且它们之间存在着相互关系，它们的功能失调和人类一些精神疾病密切相关。本论文分别探讨了这4类递质系统在学习记忆中的作用，并选用不同剂量的吗啡合并多巴胺受体激动剂和拮抗剂，胆碱拮抗剂，NMDA受体拮抗剂在小鼠和猕猴空间记忆任务中，检测阿片和这些神经递质系统之间的相互关系。结果发现：吗啡依赖于剂量和任务间隔地致使小鼠Y-迷宫空间识别记忆和猕猴工作记忆受损；海洛因依赖患者出现依赖性别和任务方向的地图/图标跟随和记忆认知障碍；多巴胺受体激动剂和拮抗剂对小鼠和猕猴的空间记忆有不同影响；胚胎期及成长期阻断多巴胺受体功能，可引起小鼠一系列学习记忆及活动性改变，撤药后是否逆转根据不同的抗精神病药物而不同；乙酰胆碱受体拮抗剂损伤小鼠和猕猴的空间记忆；NMDA受体拮抗剂氯胺酮可使小鼠空间记忆巩固过程受损，但不影响非空间记忆；MK-801损伤猕猴迷宫空间记忆再现，并降低2种延缓反应的工作记忆；当合并吗啡和其它神经递质药物时，可见吗啡和多巴胺受体激动剂和拮抗剂，乙酰胆碱受体拮抗剂，NMDA受体拮抗剂均有不同程度的相互作用，有关作用机制还有待进一步实验的探讨。了解阿片和其它神经递质系统相互作用的机制将有助于揭示药物成瘾的生化机理，寻找药物心理成瘾等神经精神疾病的治疗手段和策略。

1.初级视觉皮层功能，GABA系统功能在衰老过程中的变化; 2.奖赏机制，极低频磁场的生物学效应研究

1 初级视觉皮层功能，GABA系统功能在衰老过程中的变化 本章首先对衰老过程中神经形态学和神经电生理学上的研究进行了综述，然后报道了作者的博士学位论文研究工作。实验采用神经电生理的手段，探讨初级视觉皮层（primary visual cortex；V1）功能，以及GABA（gamma-aminobutyric acid）系统功能在衰老过程中的变化。 实验1和2均采用单细胞记录技术，检测了中年猴V1细胞的方位选择性、方向选择性、自发放和最大反应，并与年轻和老年猴进行对比；比较了年轻和老年猴V1细胞的感受野外周抑制能力。在实验3中，我们记录了年轻和中年大鼠在给予GABA直接或间接的激动剂，戊巴比妥钠或氯胺酮{通过拮抗NMDA（N-methyl-D-aspartate）受体}后，其皮层的EEG（electroencephalogram）活动，并分析与年龄相关的差异。结果如下： 实验1：中年猴V1细胞的方向选择性和自发放介于年轻猴和老年猴之间，而方位选择性和最大反应与年龄之间没有相关性。 实验2：感受野外周区的最优刺激明显降低了年轻和老年猴具有高方位选择性细胞的比例。同时，年轻猴所有细胞，以及老年猴高方位选择性细胞具有较高的最大抑制比，与它们相比，老年猴无明显方位偏好细胞的最大抑制比显著降低； 实验3：戊巴比妥钠注射后，在年轻和中年大鼠上，alpha (8-12 Hz) 和beta (12-20 Hz) 频段EEG功率增加，theta (4-8 Hz) 功率减少，这些变化在中年大鼠上较为明显。氯胺酮注射后，中年大鼠theta功率比年轻大鼠具有更大幅度的降低。 我们的结果表明，视觉皮层功能的下调在衰老早期就已发生，其机制可能与抑制系统功能普遍降低有关. 2 奖赏机制，极低频磁场的生物学效应研究 本章首先对自然奖赏和药物成瘾机制、极低频磁场生物学效应，以及极低频磁场对奖赏系统的影响进行了综述，然后报道了作者的博士论文研究工作。实验目的是探讨大鼠眶额叶皮质（orbitofrontal cortex；OFC）活动与食物奖赏刺激的相关性，以及极低频磁场对小鼠空间认知能力的影响。 实验1采用EEG记录技术，检测了大鼠OFC在食物奖赏和渴求过程中EEG各频段的功率变化。在实验2中，使用了一种探索型Y-迷宫实验范式，它仅依赖于啮齿类动物天生的探索欲望，避免了奖赏效应的干扰，利用此新型迷宫，我们检测了25和50 Hz磁场对小鼠空间识别记忆能力的影响。其结果如下： 实验1：大鼠OFC的delta频段（2-4 Hz）EEG活动与食物刺激显著相关，其相对功率在食物渴求时下降，在食物奖赏时升高。 实验2：与短时照射相比，长时的50 Hz磁场照射降低了小鼠对新异臂的探索能力，而25和50 Hz磁场暴露都不影响小鼠的活动力。 本研究表明，食物奖赏与OFC的delta频段EEG活动密切相关，而我们以前发现，大鼠和猴OFC的gamma（20-100 Hz）活动与吗啡成瘾相关，提示了OFC在自然奖赏和药物成瘾中具有不同的作用；另外，本实验首次证明，极低频磁场损害了小鼠不依赖于奖赏系统的空间认知能力，而我们先前发现，极低频磁场可以强化吗啡诱导的条件化位置偏好，从而说明极低频磁场对吗啡成瘾具有独特的生物学效应。

1、吗啡成瘾及吗啡对其他学习记忆的影响 2、老年猕猴初级视觉皮层细胞时间及空间特性的改变

一、 药物滥用是一种慢性、复发性脑疾病。药物滥用将导致药物成瘾（addiction），其主要表现有药物依赖、药物耐受、药物敏感化以及药物停用后的戒断症状（withdraw symptom）。药物成瘾的核心特征是强迫性觅药和用药行为。药物成瘾会导致药物滥用者认知功能的损伤和认知偏差，并会造成滥用者情绪异常。药物成瘾是一个复杂的生物学过程，有着及其复杂的机理。对药物成瘾机制的解释有很多种，主要认为成瘾过程是一种学习记忆过程，学习记忆的机制在药物成瘾过程中起到了非常重要的作用。首先，学习记忆和药物成瘾过程都受到了相似的神经营养因子以及神经递质系统的调控，例如：它们都受cAMP，CREB等调控因子的调控。其次，研究发现与成瘾相关的线索，如用药有关的人物、地点或暗示等，在药物戒断很长时间后都会恢复吸毒者的用药行为。并且，当把与成瘾相关的线索呈现给毒品戒断中的人时，这些人会出现心率、呼吸加快，血压升高等现象，甚至表现出明显的渴求行为。药物对学习记忆的影响是复杂的，虽然重复使用药物会导致药物成瘾，并且这个过程需要学习记忆机制的参与，但同时使用吗啡却会对其他类型的学习记忆（如：恐惧性学习记忆、一次性被动回避学习记忆和水迷宫空间学习记忆）造成破坏。学习前给予吗啡可以剂量及状态依赖地破坏被动回避试验以及空间辨别试验的记忆获取过程。学习过程结束后立即给予吗啡可以破坏一次性被动回避试验、主动回避试验和恐惧条件化试验的记忆巩固过程。测试前给予吗啡可以破坏空间辨别试验的记忆提取过程。本研究的目的在于更进一步地了解使用吗啡导致吗啡成瘾以及使用吗啡导致学习记忆的各个阶段受损的机制。为此我们采用了药理学以及多种行为学的方法，1、用PTZ诱发的癫痫持续状态干扰吗啡成瘾的学习记忆过程，进一步比较了吗啡成瘾的学习记忆与其他学习记忆，例如：空间学习记忆以及食物奖赏学习记忆的机制有何异同；2、研究了β-肾上腺素系统与阿片系统在空间记忆巩固过程中的相互作用；3、我们还研究了NMDA受体的激动剂和拮抗剂在吗啡破坏空间记忆提取过程中的作用。研究结果发现： 1．戊四唑诱发的癫痫持续状态，对吗啡建立的条件化位置偏好没有任何影响，动物仍然对阳性箱（吗啡匹配箱）表现出明显的偏好。但是癫痫持续状态破坏了食物建立的条件化位置偏好，并且还破坏了水迷宫和Y迷宫检测的空间记忆。癫痫持续状态破坏了食物建立的条件化位置偏好，原因不是由于其影响了动物的食欲。此外，癫痫持续状态也没有持续地破坏动物的活动能力，因此，对动物活动量的影响也不是造成其他学习记忆破坏的原因。这些结果说明，吗啡成瘾的学习记忆和普通的学习记忆在机制上可能存在不同之处。为了说明这个问题，我们还需要进行其他更深入的研究。 2、训练后立即单独注射吗啡（0.25和2.5 mg/kg）或心得安（2，10和20 mg/kg）都不会破坏动物Y-迷宫空间记忆的巩固过程，动物仍然能识别新异环境，并在里面停留较长时间。但是，训练后同时注射吗啡和心得安却可以破坏动物空间记忆的巩固过程。并且，较高剂量的吗啡（2.5 mg/kg）加上较高剂量的心得安（10和20 mg/kg）对记忆的破坏更严重，实验组动物在新异环境停留的时间显著低于对照组。这说明阿片系统和去甲肾上腺素系统在破坏记忆巩固的过程中可能有协同作用。 3、记忆提取前30分钟注射吗啡（1和10 mg/kg）可以剂量依赖地破坏Y-迷宫空间记忆的提取。单独注射NMDA受体的激动剂NMDA（1，2和4 mg/kg）对动物的空间记忆提取没有影响，但是，单独注射NMDA受体拮抗剂MK-801（0.05，0.1和0.2 mg/kg）剂量依赖地破坏了空间记忆的提取。同时注射吗啡（10 mg/kg）和NMDA（2 mg/kg）可以阻断吗啡对空间记忆造成的破坏作用。相反，共同注射吗啡（1 mg/kg）和MK-801（0.05 mg/kg）可以加重吗啡对空间记忆造成的破坏作用。这说明谷氨酸系统可以干扰吗啡对记忆提取过程的影响。 二、衰老严重地影响了人们的视觉功能，然而眼睛光学系统的老年性改变并不能完全解释清楚这种视觉功能衰退。一般认为是神经系统的退化导致了这种老年性功能降低。但是，研究显示视网膜（retina）和外膝体（dorsal lateral geniculate nucleus, dLGN）在衰老的过程中神经元的数量和体积以及神经元的功能特性，如对比度敏感性、空间分辨率等，都没有明显的变化，因此，人们推测老化导致的神经系统的变化发生在更高级的视觉皮层。过去几年的研究发现老年动物视觉皮层细胞发生了一系列反应特性的改变，如：老年动物皮层细胞的方向选择性和方位选择性降低以及细胞反应的潜伏期延长。这些细胞水平的变化被认为是老年性视觉功能衰退的神经机制。为了更全面地了解衰老过程对视觉皮层的影响以及细胞反应改变与整体功能降低之间的关系，本研究采用活体动物细胞外单位记录的方法，比较了青年和老年猕猴初级视觉皮层细胞时间反应特性和空间反应特性的差异。研究结果发现：老年动物初级视觉皮层细胞的时间频率和空间频率敏感性明显比年轻动物降低。表现为老年动物初级视觉皮层细胞的最优时间和空间频率、空间分辨率（spatial resolution, SR）和较高时间截至频率（high temporal frequency cut-off, TF50）都显著低于年轻动物初级视觉皮层细胞，同时伴随着这些功能的降低，老年动物初级视觉皮层细胞的自发放增加，对视觉刺激的反应增加，但是信噪比却显著降低。这些结果表明，老年动物初级视觉皮层细胞的功能在老化过程中都普遍降低。这可能是导致老年人视觉功能降低的原因。

一： 一种用于测试猕猴空间学习记忆能力的新迷宫模型的建立二： 大鼠海马在恐惧条件化和消退中作用的研究

第一部分：一种用于测试猕猴空间学习记忆能力的新迷宫模型的建立脑认知科学的认知地图理论认为：人或动物的空间记忆被描述在一张认知地图上，这张地图就被存储在大脑的海马中。利用啮齿类动物进行的研究得到的结论都是一致的，都支持这一理论。然而，利用非人灵长类动物进行的研究得出的结论彼此之间并不一致，和啮齿类动物之间的结论也不一致。这种不一致可能是由于在两种动物中运用了不同的实验装置和方法引起的。迷宫模型已经广泛地应用于不同动物的认知研究中，但是现存的应用于非人灵长类动物的迷宫，因为都有各自的一些缺点和局限性并不能得到有效地应用。因此，我们建立了一个新的迷宫模型，它避免了现存的应用于非人灵长类动物的迷宫的缺点和局限性，可以和在啮齿类动物中应用的迷宫相媲美，可以很好地应用于测试动物的认知能力，尤其是非人灵长类动物的空间学习记忆能力。同时，我们的迷宫模型可以测试动物学习新的空间关系的认知能力，从而有利于人类空间认知功能障碍的研究工作，这是现有的迷宫模型所不能做到的。第二部分：大鼠海马在恐惧条件化和消退中作用的研究在人类中，经历过对生命具有威胁的事件或严重的创伤性事件后，过度的恐惧会导致一种精神疾病——创伤后应激障碍。在啮齿类动物中建立的巴甫洛夫恐惧条件化和消退模型是此疾病典型的动物模型，利用此模型进行的研究有利于我们了解创伤后应激障碍的神经机制和对其进行治疗。在利用此动物模型进行的恐惧记忆研究中，大部分实验集中于大脑的杏仁核和前额叶两个脑区的研究，得到的研究结论也比较一致。海马是参与学习记忆的一个关键脑区，但是对于其在恐惧记忆（尤其是线索性恐惧记忆）中的作用的研究结果并不一致，需要进行更加深入的研究。本部分两个实验从不同的侧面研究了海马在恐惧记忆中的作用：实验1通过向大鼠海马内微注射胶质细胞的特异性抑制剂氟代柠檬酸，来研究海马内的胶质细胞在恐惧记忆巩固过程中的作用；实验2通过向大鼠海马内微注射NMDA受体的抑制剂MK-801，来研究此受体在线索性恐惧消退中的作用。实验1结果显示海马内的胶质细胞在恐惧记忆的巩固过程中起作用，同时提示其在不同类型的恐惧记忆的巩固中起到了不同的作用；实验2结果显示MK-801损伤了恐惧消退记忆的巩固过程。两个实验都支持海马参与了线索性恐惧记忆这一观点，加深了我们对海马在恐惧记忆中功能的认识。

泛杏仁核参与急性吗啡戒断诱发负性情绪反应的神经机制

成瘾药物体内浓度的变化诱发的负性情绪反应是促发强迫性觅药和戒断后复吸的主要动机。以往研究关注长期慢性阿片戒断时的厌恶效应。目前认为对急性依赖戒断诱发负性情绪的神经机制的研究，将为充分理解从偶然用药到强迫性觅药过程中神经机制的适应性改变提供一个很好的切入点。泛杏仁核(the extended amygdalea)在成瘾过程中的适应性改变，是偶然用药到强迫性觅药转变的关键。NMDA系统和CRF系统参与戒断时厌恶性情绪反应。杏仁中央核和终纹床核是轴外CRF系统参与情绪反应的主要核团。为探讨急性阿片依赖戒断诱发的条件性负性情绪反应的神经生物学机制，采用皮下注射吗啡／纳络酮（二者间隔4小时），诱发的负性情绪反应作为非条件性刺激物，条件性位置实验箱的不同的视觉和触觉线索为条件性刺激物。经过两轮训练建立CPA反应。利用脑区微量给药技术考察泛杏仁核的NMDA和CRF系统对吗啡急性依赖戒断诱发的负性情绪反应的影响。 主要结果如下： （1）皮下注射吗啡／纳络酮，4天进行两轮训练能建立稳定的CPA模型。 （2）皮下注射NMDA受体拮抗剂MK801显著抑制CPA的获得。 （3）杏仁中央核微量注射MK801，显著抑制CPA的获得。 （4）终纹床核微量注射CRF1受体拮抗剂antalarmin, 显著抑制CPA的获得；下丘脑室旁核微量注射antalarmin，不影响CPA的获得。终纹床核微量注射CRF能使吗啡急性依赖大鼠产生CPA效应。 （5）单侧杏仁中央核注射MK801以及单侧终纹床核注射antalarmin能部分抑制CPA的获得，但单侧杏仁中央核注射MK801伴对侧终纹床核注射antalarmin能完全抑制CPA的获得。 综上所述，杏仁中央核的NMDA系统和终纹床核的CRF系统参与阿片急性依赖戒断诱发的负性情绪反应。二者可能存在上下游关系，终纹床核可能接受来自杏仁中央核的CRF投射参与阿片急性依赖戒断诱发的负性情绪反应。