背外侧前额叶皮质损伤 中国实验动物信息网 2020-11-23 446

　　简介：在过去的几十年中，背外侧前额叶皮质（dlPFC）被广泛研究，揭示了其在工作记忆背景下多种认知属性的整合中的作用，以及其在风险相关决策中的意义。对非人类灵长类动物进行的几项研究也强调了dlPFC在时空运动序列的心理表征中的作用，，即受试者在一段时间后必须复制一系列动作。尽管与运动控制有关，但在人类中，有证据表明，dlPFC与基底节（全局神经回路）在控制和预测握力中的作用有助于手动灵巧，补充了感觉运动皮质（M1/S1）、运动前皮质、辅助运动区、扣带运动区、后、下顶叶皮质和小脑中预期的主要握力相关活动。正如Ehrsson等人所指出的。与精确握力相关的dlPFC活动也可能反映出平行的行为因素，如空间注意力、触觉信息的短期记忆、运动反应的选择以及对运动性能的专注自动监控。然而，尽管dlPFC在运动学习中的作用已经确立，但当运动任务变得越来越“自动”时，dlPFC的激活似乎逐渐消失，这可能反映了对“较低”大脑结构的责任委托。*近，Kaeser和他的同事报告了dlPFC在运动习惯表征中作用的原始数据。在这项研究中，作者对两只猕猴进行了dlPFC皮质活检，并评估了它们对顺序运动行为（习惯）的影响。与对照组猴子相比，dlPFC（46区）受损动物对时空序列有显著影响，而运动性能本身（评分）未受影响。此外，*个迹象表明dlPFC活检的大小与运动习惯改变的程度之间存在关系，因为小活检对运动序列的影响小于大活检。然而，由于病例数量有限（n=2），很明显，需要更多的数据来支持这一假设，既包括病例数量，也包括dlPFC病变精确位置的变异性。此外，对人体受试者进行的功能性磁共振成像（fmri）研究也强调了dlPFC在执行需要对握力进行某种控制（预测）的运动任务中的作用。该研究旨在测试一种新的治疗策略，该策略基于非人类灵长类动物1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶（MPTP）帕金森病模型中的自体成人神经细胞生态系统（ANCE）移植。在这种情况下，对4只成年雌性猕猴（MPTP治疗前几个月）进行dlPFC的单侧活检，以提供获得ANCE所需的细胞材料。猴以前接受过执行定量运动（手动灵巧）任务的训练，包括“改良的Brinkman板”任务和“伸手抓抽屉”任务。因此，目前对非人类灵长类动物的研究的目的是扩大有关前额叶皮质（PFC）在运动习惯中的作用的初步数据，并主要检验dlPFC确实有助于预测当预先知道要产生的精确力水平时所需的握力的假设，如*近在人类中报道的那样。

　　数据采自四只成年雌性猕猴(Mk-MY, Mk-LY, Mk-MI, Mk-LL)，体重为3.0.-5.0 kg，行为训练开始时年龄为4至8岁，比当前数据收集时间早3年。换言之，猕猴被高度训练来完成两项运动任务。房间配备环境丰富设施，包括一个室外空间和免费饮水。每只猴子每天都和一个实验人员一起完成一到两个不同的行为任务。在被转移到行为实验室之前，每只动物首先自愿被保定到猴椅上，并被称重。此外，在整个实验过程中，食欲、社会行为和皮毛状态都得到了日常护理。在进行了行为测试后，猴每天都会得到谷物饼、蔬菜和水果。

　　行为任务：手动灵巧性评估首先基于“改良Brinkman板”任务，它包括从25个水平孔和25个垂直孔中回收的颗粒，随机分布在一个有机玻璃板中，每个孔都含有一个香蕉口味的食品颗粒。孔的大小和形状迫使猴子使用精确的握力（拇指和食指的相对位置）成功地取回食物颗粒。每只手分别执行任务，每周3天。前30秒内正确回收的食物颗粒数量与分数相对应，反映了运动性能。以不同的方式评估MK-LL的运动性能.事实上，mk-LL采取了两种行为的混合，要么像预期的那样一个接一个地抓颗粒，或者有时在把所有的颗粒都带到嘴里之前，连续取出几个颗粒，将它们储存在手掌中，如Kaeser等人描述。由于这种随机变化，因此，通过计算在整个任务中正确取出的单个颗粒总数和正确取出的多个颗粒总数，计算出MK-LL运动性能，与“总分”相对应。此外，运动策略（习惯）根据时间选择顺序进行评估（按顺序依次访问50孔）。按顺序访问孔得出的运动策略仍然是对运动习惯的定性评估。为了量化运动习惯数据，采用了与以前相同的统计方法。每个孔根据其在“改良Brinkman板”水平左右轴上的位置安排一个空间位置编号。总结50个差异的绝对值，给出系统运动序列的指数。例如，当一只猴子从*左边的孔沿水平轴逐渐移动到板的*右边时，由于空间位置（左=小数字）和时间序列之间的差异很小，所以运动习惯指数是一个小数字。相比之下，从右到左对板进行系统扫描会产生一个很大的运动习惯指数，对于每个孔，空间位置数和顺序数之间的差异很大。这个指数可以用来评估猴子在每天的训练中是否重复同样的序列。例如，这个指数的变化反映了从一个日常活动到下一个活动的挑选顺序的变化，而一个小的变异性反映了连续的会话中稳定的选择顺序。注意，由于mk -LL没有按照标准的单个颗粒抓取程序执行“改良的Brinkman板”任务，因此无法评估运动策略。第二个运动任务是“伸手抓抽屉”的任务，用于量化控制握力和负载（拉力）力的产生及其时间进程。这项任务的设计，使得猴不得不用一只手打开一个抽屉来抵抗不同的阻力。“伸手抓抽屉”的任务要求牢牢握住拇指和食指之间的抽屉把手（握力），并用力拉抽屉（负载力），这两个都受到监控。一个标准任务包括在每个不同的电阻上进行十次正确的连续试验，用每只手进行。正确的试验被定义为成功打开抽屉，然后使用握把充分进行颗粒取出。每个任务都以*小的阻力(R0)开始.在R0进行了十次正确的试验后，猴子得到了额外的奖励（一片杏仁），然后阻力提高到R3。在R3进行了十次正确的试验后，再次获得额外的奖励，阻力增加到R5。一旦一只手完成了三个阻力，另一只手也遵循了同样的模式。本报告分析了两个不同的参数。*个是每个试验中产生的*大握力。第二个是*大载荷力，也在每次试验中测量。从主要分析中删除每个阻力的*个试验，因为它代表一个异常值（新一系列试验开始时的未知阻力）。在单独的分析中，将*次试验中在每个阻力处产生的力与随后在相同阻力处进行的试验中产生的力进行比较。这四只猴子每周完成两到三次这项任务。其中一只猴（MK-MI）只用左手正确地完成了抽屉任务（由于右手受伤）。事实上，MK-MI并没有使用精确的握把移动来用右手握住抽屉的把手，而是使用了另一种策略（单指推动把手的上部），防止任何握把力的测量。

　　外科手术:在手术前，每只动物首先在氯胺酮（10 mg/kg）、咪达唑仑（0.1 mg/kg）和美沙酮（0.2 mg/kg）下轻镇静，并为手术做好准备。每只动物接受肌内注射美沙酮（0.2 mg/kg），并用止痛药卡布洛芬（4 mg/kg；皮下）治疗，阿托品（0.05 mg/kg；肌内注射）以减少支气管分泌物、抗生素（8.75 mg/kg；皮下注射zh），地塞米松（0.3 ml/kg；生理盐水稀释1:1；肌内注射）。动物进入手术室后，静脉（股静脉）灌注1%丙泊酚，用乳酸林格氏液稀释，125mg氯胺酮（20ml丙泊酚，40ml乳酸林格氏液，1.25ml氯胺酮）以确保深度麻醉。调整输注速度以维持*佳麻醉水平。在整个手术过程中，麻醉水平和生理状态根据动脉血氧饱和度、心率（ECG）、通气量和体温进行控制。然后将这只动物置于立体定向框架内，用耳杆固定头部进行手术。为了减少固定点引起的疼痛，耳杆上涂了一层局部镇痛霜。局部注射利多卡因麻醉切口部位。切开后，将肌肉组织推到侧面露出颅骨,允许在额叶头端以上开颅(dlPFC)。然而，为了减少开颅手术的影响，将骨开口的大小尽量缩小；因此，各种沟（如弓形沟和主沟）无法明确识别，无法指导活检的精确位置，结果发现，从一只猴子到下一只猴子，这是可变的。三只猴头骨开口是在左侧（MK-LY、MK-MI和ML-LL），而在MK-MY则是在右侧。骨瓣的大小约为1平方厘米。取出骨后，切开硬脑膜，取出一片dlPFC皮质组织，直接放入保存介质中。将受伤的血管烧灼，将骨瓣放回原位，用组织学胶水固定。肌肉组织和皮肤被缝合。手术后，对每只动物进行监察，直到其完全苏醒。当猴正常饮食时，认为其体征稳定。

　　磁共振成像：用核磁共振成像来确定活检的精确位置，然后进行MPTP后续方案。每只动物首先用氯胺酮（10 mg/kg）和咪达唑仑轻微镇静。将每只猴子运送至MRI设施后，通过静脉灌注1%丙泊酚，用林格乳酸溶液稀释和125 mg氯胺酮盐酸盐，对其进行麻醉。调整输注率以确保*佳麻醉水平（持续监测心电图和氧饱和度）。此外，在猴子的身体周围放置装满热水的暖水袋以保持体温。利用三维横向T1加权采集协议在GE 3T磁体上采集数据。参数如下：视野：256×256，TR:7.248，TE:3.032，FS:3。由于动物的俯卧位置，图像被旋转。在适当的旋转之后，从头盖骨中提取大脑，并在被示意之前以三维视图表示。根据MRI图像估计每个活检的位置及其体积（对应于灰质）。注意，活检不能进行组织学验证，因为当MPTP治疗进行时，第二次dlPFC活检在*次活检附近进行。因此，在MPTP治疗前，无法区分这两个活检，只有*个活检与当前的行为研究相关。

　　结果：活检的位置和大小：基于MRI，对皮质活检的范围和位置进行了识别和重建。将活检转移到相应大脑的表面，dlPFC活检体积分别为7、14、16和7立方毫米。在Mk -MY中，活检位于dlPFC的*前端，距中线约5 mm，*有可能重叠Brodmann皮质区9和区10之间的过渡区。另外，相对于中线，大约5毫米的外侧，但更靠近尾端，Mk-LY的活检似乎位于9区的喙部。MK-MI的病变位于dlPFC区。第四只猴（MK-LL，考虑到其活检不涉及dlPFC，MK ll在此应作为异常值进行处理。

　　改良的Brinkman板任务：根据30 s内回收的颗粒数量得出的行为评分数据显示，在dlPFC活检前，猴子表现出基本稳定的手动灵巧性能。从时间选择序列分析中获得的数据表明，猴在活检前遵循一个很大程度上可重复的策略（运动习惯）清空板，换句话说，时间序列沿着左-右轴访问50个孔。有趣的是，如图2a和b中的MK-MY所示，dlPFC或PMd-r活检既不影响评分，也不影响访孔的时间序列。事实上，比较活检前和活检后评分和时间序列的统计分析没有显示任何统计上的显著差异。这些结论同时适用于四只猴的同侧臂和对侧臂，但MK-MY的对侧手和MK-Ly的对侧手除外。统计上的显著差异确实显示活检后评分没有不足，因为活检后评分实际上更高，从而支持病变没有有害影响；我们可以得出结论，在“改良Brinkman 板”任务中，dlPFC活检具有本研究中的特征，与之前进行的较大和不同位置的活检（区域46）相比，没有系统地影响性能和运动习惯。

　　抓取抽屉任务：从到达和抓取抽屉任务获得的结果被分为三个相对抽屉打开的阻力，即R0、R3和R5。对于每一个阻力，数据被分为活检前和活检后两个阶段。对于每只手，活检前和活检后的时间彼此相邻，以便于直接比较。定量数据表明，无论是活检前还是活检后，阻力对*大握力和*大负载力都有影响。正如预期的那样，*大力与阻力平行增加，阻力越大，抓住旋钮或拉抽屉所需的力越大。