爪蟾蝌蚪嗅球神经环路中间神经元颗粒细胞的动态形态可塑性研究

在神经环路中，传入神经元和中间神经元协调作用，完成神经信号的传递与处理，最后高级皮层输出控制行为的指令。然而对中间神经元在学习和记忆行为中的作用知之甚少。在嗅觉系统发育中，中间神经元颗粒细胞和丛状/僧帽细胞之间的突触连接处于不断的动态变化中，其突触结构可塑性是嗅觉信息处理的重要环路基础。我们拟在模式动物非洲爪蟾蝌蚪上，用DsRed2和PSD95-GFP脂质转染结合光遗传学的方法，同时标记单个嗅觉颗粒细胞；通过改变神经元活动性、嗅觉刺激和嗅觉剥夺，应用共聚焦活体实时成像观察颗粒细胞树突棘的动态变化和成熟稳定过程，探索发育过程中中间神经元与传入神经元突触连接的结构可塑性。同时建立蝌蚪嗅觉学习和记忆的行为学范式，使用光遗传学技术标记群体嗅觉中间神经元，然后光控方式改变整体中间神经元活动性水平，观察蝌蚪对特定嗅质的学习以及行为选择偏好的变化。深入细致地探讨中间神经元在嗅觉学习和记忆中的重要作用。

我们在发展了新的高效活体在位单细胞电穿孔技术，并且靶向标记蝌蚪嗅球中的颗粒细胞，以及成功解决了脂质体转染和常规电穿孔转染存在的技术问题基础上，完成了DsRed2和PSD95-GFP共转染stage 46/47爪蟾蝌蚪单个嗅觉颗粒细胞。利用激光共聚焦实时成像观察了颗粒细胞四类树突棘之间形态的转变，详细分析了每类树突棘形态转变成其他类型树突棘的概率以及突触的稳定情况。使用氨基酸混合物对stage 46/47的蝌蚪实施丰富嗅觉刺激，观察其是否会引起发育过程中未成熟中间神经元树突棘的快速稳定过程，以及小树突棘向大树突棘进行形态转变。观察了嗅觉剥夺后颗粒细胞树突棘的动态变化过程以及树突棘形态转变过程。进一步地，使用氨基酸混合物进行嗅觉刺激，长时程（数周）观察了感觉经验增强引起的中间神经元产生树突棘变化。这种新产生的树突棘在后续的持续嗅觉感觉刺激下形态的变化，以及新产生树突棘在后续嗅觉剥夺情况下形态结构的变化。我们开展了在位活体动物观察颗粒细胞树突棘的细胞钙离子活动，开展了在爪蛙活体光遗传控制神经元活动性的研究工作。基本按预设计划完成了原有的研究任务，实现了预期的目标。