圖1. （A）二代微型雙光子顯微鏡裝置圖（B）小鼠行為學(xué)實驗設(shè)計（C）社交探索時間統(tǒng)計結(jié)果

先前研究^[1,2]認(rèn)為，內(nèi)側(cè)前額葉PrL腦區(qū)編碼和社交活動相關(guān)的多種行為信息。然而，目前有關(guān)PrL腦區(qū)是如何編碼不同類型社交對象信息的仍不甚明了。研究人員借助WT和MECP2-TG孤獨癥模型小鼠，結(jié)合神經(jīng)元胞體識別和功能集群發(fā)掘算法（圖2A），首次發(fā)現(xiàn)了在小鼠PrL腦區(qū)內(nèi)存在稀疏分布、特定響應(yīng)“陌生”或“熟悉”小鼠社交偏好的抑制性中間神經(jīng)元集群，分別將其命名為NewPNs（圖2B）和OldPNs（圖2C），它們就像區(qū)分不同社交對象的“指示燈”，會在遇到特定“陌生”或“熟悉”社交對象小鼠時特異性激活。

圖2. 鑒定“陌生”和“熟悉”小鼠社交偏好特異性響應(yīng)神經(jīng)元，揭示其在MECP2-TG小鼠中的功能缺陷

獨特的偏好響應(yīng)模式引起了研究團(tuán)隊的興趣。研究人員進(jìn)一步利用鈣信號定量分析范式，實現(xiàn)了對不同類型社交對象特異性偏好響應(yīng)神經(jīng)元的激活概率、鈣信號幅度、達(dá)峰時間和功能連接強度等多種動力學(xué)特征和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的自動計算和統(tǒng)計。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，同與“陌生”對象社交相比，與“熟悉”對象進(jìn)行社交更能引起野生型小鼠OldPNs較之于NewPNs更加強烈的激活，這兩種不同的細(xì)胞集群可通過“蹺蹺板”式協(xié)同增強效應(yīng)，特異性調(diào)控小鼠的“喜新厭舊”行為。而孤獨癥模型小鼠OldPNs動力學(xué)卻明顯失去“熟悉”對象特異性激活的動力學(xué)特征，處理“熟悉”社交對象時效率顯著減弱，導(dǎo)致其無法區(qū)分不同社交對象之間的差別，進(jìn)而引發(fā)“喜新厭舊”樣社交行為缺陷（圖3）。

圖3. 社交偏好特異性響應(yīng)神經(jīng)元集群鈣信號動力學(xué)分析結(jié)果示意圖

上述結(jié)果表明，在小鼠PrL腦區(qū)內(nèi)存在一群稀疏分布的中間神經(jīng)元集群，分別負(fù)責(zé)編碼社交行為中的“熟悉”和“陌生”等不同社交對象信息。在MECP2-TG孤獨癥模型小鼠中，上述特異性編碼不同社交對象的神經(jīng)集群出現(xiàn)了顯著的功能異常，最終導(dǎo)致了社交行為缺陷。不僅如此，研究人員還通過借助CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)，在MECP2-TG小鼠PrL腦區(qū)中間神經(jīng)元內(nèi)特異性去除外源性MECP2轉(zhuǎn)基因后，可顯著挽救孤獨癥小鼠“喜新厭舊”樣缺陷表型。同時，得益于數(shù)據(jù)處理的標(biāo)準(zhǔn)化范式，研究人員很快復(fù)現(xiàn)了動力學(xué)分析結(jié)果，并發(fā)現(xiàn)MECP2-TG小鼠中NewPNs和OldPNs對“熟悉”小鼠社交探索行為的響應(yīng)效率得到顯著提升，進(jìn)一步證明了社交行為同相關(guān)神經(jīng)集群活動之間的強因果關(guān)系（圖4）。

圖4. MECP2-TG小鼠PrL腦區(qū)抑制性中間神經(jīng)元內(nèi)靶向特異性去除外源性MECP2轉(zhuǎn)基因，可顯著挽救孤獨癥模型小鼠“喜新厭舊”樣行為缺陷

超維景自主研制的快速高分辨微型化雙光子顯微成像系統(tǒng)(Fast high-resolution miniature two photon microscopy, FHIRM-TPM)，在全球首次獲取了小鼠在自由行為過程中大腦神經(jīng)元和神經(jīng)突觸活動的清晰、穩(wěn)定的動態(tài)圖像。

其產(chǎn)品具有高分辨、大視野等多個型號，可在動物自由活動狀態(tài)下，約150 μm變焦和多平面快速切換的實時成像，并可對同一批神經(jīng)元長期穩(wěn)定跟蹤。

結(jié)合光遺傳模塊，還可以在結(jié)構(gòu)與功能成像的同時，精準(zhǔn)地操控神經(jīng)元和大腦神經(jīng)回路的活動。

FHIRM-TPM為研究大腦的結(jié)構(gòu)和功能提供了一個革命性的新工具，可融合微觀神經(jīng)元和神經(jīng)突觸活動與大腦整體的信息處理和個體行為信息，成為全景式解析腦連接圖譜和功能動態(tài)圖譜的利器!

參考文獻(xiàn)：
[1] Murugan, Malavika, et al. "Combined social and spatial coding in a descending projection from the prefrontal cortex." Cell 171.7 (2017): 1663-1677.
[2] Huang, Wen-Chin, et al. "Social behavior is modulated by valence-encoding mPFC-amygdala sub-circuitry." Cell reports 32.2 (2020): 107899.