由北京師范大學(xué)宋艷教授領(lǐng)銜的一項(xiàng)研究，介紹了一種方便、安全又能快速提高工作記憶的方法。通過多組雙盲對(duì)照實(shí)驗(yàn)，研究團(tuán)隊(duì)證明了經(jīng)顱近紅外激光刺激（Transcranialphotobiomodulation, tPBM）能夠改善人的工作記憶。

    經(jīng)顱近紅外激光刺激指的是用近紅外光非侵入式地穿過顱骨進(jìn)入大腦皮層。先前的一些動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，這種激光療法可以改善小鼠的工作記憶；而一些臨床研究顯示，經(jīng)顱激光刺激可以改善失智癥患者的認(rèn)知能力，以及提高持續(xù)注意力、情緒等***認(rèn)知功能。此次研究中，科學(xué)家們***在人體實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了經(jīng)顱近紅外激光刺激對(duì)工作記憶的影響。

    研究團(tuán)隊(duì)招募了90名年齡在18至25歲的健康成年志愿者進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。通過隨機(jī)分組，一部分志愿者接受的光刺激為波長(zhǎng)1064納米的激光，照射在右側(cè)前額葉——這個(gè)區(qū)域被認(rèn)為對(duì)工作記憶很重要。另一些志愿者或接受較短的波長(zhǎng)，或照射左側(cè)前額葉皮層。此外，每名參與者還接受了非活性的“偽“照射作為對(duì)照，以排除安慰劑效應(yīng)。

    經(jīng)過12分鐘的照射后，參與者根據(jù)研究人員的要求完成記憶測(cè)試，記住屏幕上出現(xiàn)的物體的顏色或方向。與此同時(shí)，研究人員采集了參與者在完成這項(xiàng)視覺工作記憶任務(wù)時(shí)的腦電圖（EEG）數(shù)據(jù)。

▲實(shí)驗(yàn)流程示意圖

    根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表在《科學(xué)?進(jìn)展》（Science Advances）上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，1064納米光刺激作用于右側(cè)前額葉可以顯著提高個(gè)體的視覺工作記憶容量，可以在記憶測(cè)試中成功回憶起4~5個(gè)目標(biāo)，與對(duì)照組相比，視覺工作記憶提高了25%。其他波長(zhǎng)或照射其他腦區(qū)的激光刺激成功回憶起3~4個(gè)目標(biāo)，沒有對(duì)視覺工作記憶產(chǎn)生明顯的提升作用。

    此外，研究人員對(duì)腦電圖數(shù)據(jù)的分析結(jié)果顯示，作用于右側(cè)前額葉的近紅外光刺激可以擴(kuò)大工作記憶容量相關(guān)的事件相關(guān)電位成分——對(duì)側(cè)延遲活動(dòng)，這一指標(biāo)也預(yù)測(cè)了記憶性能的改善。

    不過，目前的研究得到的還只是觀察結(jié)果，未能解釋tPBM為什么能對(duì)工作記憶產(chǎn)生積極影響。英國(guó)伯明翰大學(xué)Ole Jensen教授共同參與了這項(xiàng)研究，他猜測(cè)，有可能前額葉皮層內(nèi)的星形膠質(zhì)細(xì)胞受到的光刺激，可以對(duì)神經(jīng)細(xì)胞的效率產(chǎn)生積極影響。

“我們還需要確認(rèn)，這種影響可以持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間?！彼f，“如果要基于這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果開展臨床干預(yù)，我們需要看到這種益處可以長(zhǎng)時(shí)間保持?！?/p>

在論文***后，研究人員指出，像注意力缺陷多動(dòng)障礙（ADHD）、精神***癥和阿爾茨海默病等疾病的患者普遍顯示出工作記憶能力下降，而這項(xiàng)研究的觀察結(jié)果有望為臨床應(yīng)用提供安全、有效、經(jīng)濟(jì)、無創(chuàng)的干預(yù)工具。

       茅云翔教授團(tuán)隊(duì)在Plant Phenomics發(fā)表成果構(gòu)建紅藻高通量表型組學(xué)研究技術(shù)（新聞鏈接：我院茅云翔教授團(tuán)隊(duì)在Plant Phenomics發(fā)表成果構(gòu)建紅藻高通量表型組技術(shù)），該研究采用易科泰生態(tài)技術(shù)公司提供的MC 1000多通道藻類培養(yǎng)系統(tǒng)和易科泰光譜成像與無人機(jī)遙感研究中心設(shè)計(jì)生產(chǎn)的AlgaTech?高通量藻類表型分析平臺(tái)：

AlgaTech?高通量藻類表型分析平臺(tái)

       易科泰生態(tài)技術(shù)公司提供藻類高通量表型組學(xué)研究、藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測(cè)、藻類固碳光氧生物反應(yīng)器全面解決方案。

上一期，我們通過了解動(dòng)物恐懼記憶相關(guān)的兩種研究——穿梭實(shí)驗(yàn)與跳臺(tái)實(shí)驗(yàn)，探究了通過特定的場(chǎng)景刺激（強(qiáng)光、電流和聲音等）使小鼠產(chǎn)生恐懼記憶，經(jīng)過一定時(shí)間強(qiáng)化后，環(huán)境與刺激兩者被小鼠聯(lián)系在一起，當(dāng)小鼠再次回到該環(huán)境中便會(huì)出現(xiàn)恐懼相關(guān)行為的兩種實(shí)驗(yàn)流程。

本期，我們將繼續(xù)介紹兩種研究小鼠恐懼記憶的測(cè)試——避暗實(shí)驗(yàn)與巴恩斯迷宮實(shí)驗(yàn)，探究動(dòng)物大腦儲(chǔ)存恐懼記憶的奧秘。

避暗實(shí)驗(yàn)

01.原理

利用鼠類的嗜暗習(xí)性設(shè)計(jì)，主要測(cè)試動(dòng)物對(duì)明暗辨別覺的學(xué)習(xí)記憶能力。動(dòng)物由于嗜暗習(xí)性而偏好進(jìn)入和停留在暗室，當(dāng)動(dòng)物進(jìn)入暗室或停留暗室時(shí)則會(huì)受到電擊，動(dòng)物為了避免受到電擊傷害就會(huì)尋找安全區(qū)（明室），經(jīng)幾次反復(fù)后，ZZ記住安全區(qū)域。

02.實(shí)驗(yàn)材料

03.實(shí)驗(yàn)方法

適應(yīng)期

實(shí)驗(yàn)開始前3-7天，每天抓取、輕撫動(dòng)物，讓其適應(yīng)被實(shí)驗(yàn)人員抓取，避免實(shí)驗(yàn)過程中因?qū)嶒?yàn)人員抓取而造成動(dòng)物處于應(yīng)激狀態(tài)，造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果不可靠的問題。

建模期

① 時(shí)間：第 一天② 強(qiáng)度：

• 大鼠：電流：0.65-1.8mA（推薦0.8mA），或，電壓65-70V。

• 小鼠：電流：0.15-0.6mA（推薦0.25mA），或，電壓30-36V。

③ 頻率：5-15Hz電流。

④ 刺激方法：實(shí)驗(yàn)開始前，將動(dòng)物放入暗箱，適應(yīng)5分鐘。隨后對(duì)暗箱進(jìn)行通電，持續(xù)5分鐘，此時(shí)明箱底部沒有通電。

測(cè)試期

① 時(shí)間：第二天② 方法：將動(dòng)物放進(jìn)明箱，不進(jìn)行通電，記錄5分鐘。

04.數(shù)據(jù)分析

①物活動(dòng)軌跡，動(dòng)物第 一次進(jìn)入暗箱的時(shí)間（潛伏期），分別在兩個(gè)箱體的活動(dòng)時(shí)間，活動(dòng)距離。

② P<0.05認(rèn)為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性差異。

05.注意事項(xiàng)

• 選擇體重均勻動(dòng)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)試時(shí)大鼠體重需<300g，確保體重不影響電擊效果。

• 不同品系動(dòng)物本身會(huì)有區(qū)別，常規(guī)推薦使用C57BL/6J小鼠和SD大鼠。

• 實(shí)驗(yàn)前后注意清理電擊柵欄中的動(dòng)物排泄物（排泄物會(huì)影響通電性及損壞電發(fā)生器）。

• 環(huán)境清理，通過酒精擦拭、晾干盡可能去除上一只動(dòng)物氣味，儀器設(shè)備具有通風(fēng)性。

巴恩斯迷宮實(shí)驗(yàn)

01.原理

1979年，Barnes 建立了巴恩斯迷宮，與水迷宮和放射臂迷宮類似，它是基于嚙齒類動(dòng)物天生的探索特性，應(yīng)用噪音、強(qiáng)光和暴露的開放環(huán)境作為應(yīng)激手段，促使動(dòng)物尋找目標(biāo)洞。經(jīng)過訓(xùn)練，動(dòng)物學(xué)習(xí)并記憶目標(biāo)箱的位置。該實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)動(dòng)物的應(yīng)激性刺激較小，既不像放射臂迷宮那樣需要禁食，也不像水迷宮那樣應(yīng)激性強(qiáng)。因此，在記憶研究中較為常用。尤其適用于與應(yīng)激相關(guān)的記憶研究以及基因敲除小鼠的行為表型研究。

02.實(shí)驗(yàn)材料

巴恩斯迷宮，smart3.0

03.實(shí)驗(yàn)方法

① 實(shí)驗(yàn)開始前3-7天，每天抓取、輕撫動(dòng)物，讓其適應(yīng)被實(shí)驗(yàn)人員抓取，避免實(shí)驗(yàn)過程中因?qū)嶒?yàn)人員抓取而造成動(dòng)物處于應(yīng)激狀態(tài)，造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果不可靠的問題。

② 實(shí)驗(yàn)第1天，將動(dòng)物從目標(biāo)孔洞放入目標(biāo)箱內(nèi)適應(yīng)4分鐘（只進(jìn)行這一次）。

③ 實(shí)驗(yàn)第2-7天，將動(dòng)物移動(dòng)至平臺(tái)中 央，用透明圓筒限制活動(dòng)5秒，后撤掉圓筒開始計(jì)時(shí)，同時(shí)給與動(dòng)物刺激（強(qiáng)光，聲音等）。

• 動(dòng)物成功進(jìn)入目標(biāo)箱，則讓動(dòng)物在目標(biāo)箱內(nèi)停留30秒。

• 若動(dòng)物4分鐘內(nèi)沒有找到目標(biāo)箱，則誘導(dǎo)動(dòng)物進(jìn)入目標(biāo)箱，停留30秒。

④ 隨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤，使孔位與上一次實(shí)驗(yàn)不同，但目標(biāo)箱的方位始終保持不變。每天重復(fù)2次上一步的實(shí)驗(yàn)流程。

04.數(shù)據(jù)分析

① 第 一次探究洞的潛伏期，到達(dá)目標(biāo)洞的時(shí)間，每只動(dòng)物的錯(cuò)誤次數(shù)（探究一個(gè)錯(cuò)誤的洞即視為錯(cuò)誤一次）。

• 潛伏期僅做參考，潛伏期越短，說明動(dòng)物學(xué)會(huì)了迷宮原理，記憶水平越好。

• 到達(dá)目標(biāo)洞的時(shí)間越短，說明動(dòng)物記憶水平越好。

• 動(dòng)物錯(cuò)誤次數(shù)越多，說明動(dòng)物學(xué)會(huì)了迷宮原理，但沒有記住目標(biāo)箱的位置。

② 采用單因素方差分析（one way-ANOVA），當(dāng)多組間有差異時(shí)，兩兩比較采用Fisher's LSD post hoc多重比較方法。

③P<0.05認(rèn)為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性差異。

05.注意事項(xiàng)

• 每只動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行環(huán)境清理，盡可能去除上一只動(dòng)物的氣味。

• 不同品系動(dòng)物對(duì)此實(shí)驗(yàn)的偏好性有很大不同，建議使用C57BL/6J小鼠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

【參考文獻(xiàn)】

Rosenfeld Cheryl S,Ferguson Sherry A,Barnes maze testing strategies with small and large rodent models.[J] .J Vis Exp, 2014, undefined: e51194.

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