神经环路应用（40）丨药物失活脑区功能案例简介

Muscimol 是一种从毒蝇伞蘑菇中提取的强效、选择性 GABAA 受体激动剂。当微量注射到特定脑区时，它能超极化神经元膜电位，显著抑制局部神经元的放电活动，从而实现对该脑区的药理性失活。脑区失活研究通过暂时或永久性抑制特定脑区的神经活动，观察其对行为、生理功能或认知过程的影响，是神经科学领域解析“脑区-功能”对应关系的核心手段之一。通过沉默脑区（暂时抑制其神经活动），若行为出现特异性缺陷，就能直接证明 “该脑区的正常活动是完成该行为的必要条件。

LLRR 序列任务是一种用于解析动作序列调控机制的操作性条件反射任务，核心要求动物按固定顺序完成 “左-左-右-右”（Left-Left-Right-Right，LLRR）杠杆按压以获取食物奖励，专门用于区分 “动作重复” 与 “动作切换” 两种关键行为，是研究皮层-纹状体回路功能的经典行为范式。

以M1或 PrL在 LLRR 动作序列行为中的功能必要性研究为案例：

通过向小鼠初级运动皮层（M1）或前边缘皮层（PrL）双侧注射 muscimol实现局部脑区失活，对比注射前（生理盐水对照）、注射中（muscimol）、注射后（生理盐水恢复）的 LLRR 序列任务效率，以验证 M1 和 PrL 在动作序列执行中的功能。

实验准备阶段

1. 动物选择与预适应

动物模型：选用 8-12 周龄 C57BL/6 野生型小鼠（雌雄各半，分为 M1 组，PrL 组），饲养于 12h 光暗周期环境（温度 22±1℃，湿度 50±5%）。

食物限制：实验前 3 天开始控制饮食，维持体重在初始体重的 85%（每日给予 2g 标准饲料），确保小鼠在行为任务中的觅食动机。

环境预适应：每天将小鼠放入行为箱适应 10min，连续 3 天，减少环境应激。

2. 行为箱与任务装置

行为箱配置：使用 Med Associates operant 箱，含左/右杠杆、食物槽（Magazine）、红外传感器（记录进盒行为），通过 MED-PC IV 软件实时记录杠杆按压时间戳、进盒时间。

LLRR 任务规则：小鼠需完成 “左 - 左 - 右 - 右”（LLRR）杠杆按压序列，触发食物槽释放 45mg 颗粒饲料（奖励）；若按压顺序错误（如 LRRR），则无奖励，需重新开始序列。

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LLRR 序列任务训练

训练周期：连续 21 天，每天训练 1 次，每次持续至小鼠获取 40 个奖励或 120min。

行为量化指标：

序列效率：（奖励性 LLRR 按压次数 / 总按压次数）×100%；

重复/切换比：重复按压（LL/RR）占比 ÷ 切换按压（L→R/R→L）占比。

训练达标标准：21 天训练后，小鼠序列效率稳定≥40%，确保其已掌握 LLRR 序列规则。

Muscimol 注射实验

1. 脑区套管植入手术

麻醉与固定：麻醉小鼠固定于立体定位仪，确保前囟与人字缝水平。

脑区定位与钻孔：M1 和PrL。

套管植入：插入 26 号双侧引导套管（突出颅骨 1mm），用牙科丙烯酸树脂固定，术后插入 dummy 套管（防堵塞），单独饲养恢复 7 天。

2. Muscimol 注射与行为测试（3 天连续实验）

第 1 天：注射前对照（生理盐水）

短暂麻醉小鼠，移除 dummy 套管，用生理盐水冲洗引导套管；

每侧脑区注射 200nl 生理盐水（速度 100nl/60s），注射后保留套管 5min，重新插入 dummy 套管；

小鼠苏醒 30min 后，进行 LLRR 任务测试，记录序列效率。

第 2 天：注射中干预（Muscimol）

重复上述操作，将试剂替换为 0.05μg/μl 的 Muscimol 溶液（每侧注射 200nl，含 0.01μg Muscimol）；

测试并记录序列效率。

第 3 天：注射后恢复（生理盐水）

再次注射生理盐水，测试并记录序列效率。

Fig1 沉默 M1 或 PrL 会损害习得的序列行为

总结

药物失活是 “全脑区、相对广谱” 的抑制，用于初步验证脑区的必要性；

还可结合光遗传沉默：光遗传沉默是 “精准、时间可控” 的抑制，用于进一步定位脑区的功能（如 M1 沉默仅影响重复，PrL 沉默仅影响切换）。两种方法的结果一致，能排除单一技术的局限性，增强结论的可靠性。

文献引用：

• Zhang B, Geddes CE, Jin X. Complementary corticostriatal circuits orchestrate action repetition and switching. Sci Adv. 2025 May 23;11(21):eadt0854. doi: 10.1126/sciadv.adt0854. Epub 2025 May 23. PMID: 40408480; PMCID: PMC12101502.

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