神經環路應用（40）丨藥物失活腦區功能案例簡介

Muscimol 是一種從毒蠅傘蘑菇中提取的強效、選擇性 GABAA 受體激動劑。當微量注射到特定腦區時，它能超極化神經元膜電位，顯著抑制局部神經元的放電活動，從而實現對該腦區的藥理性失活。腦區失活研究通過暫時或永久性抑制特定腦區的神經活動，觀察其對行為、生理功能或認知過程的影響，是神經科學領域解析“腦區-功能”對應關系的核心手段之一。通過沉默腦區（暫時抑制其神經活動），若行為出現特異性缺陷，就能直接證明 “該腦區的正常活動是完成該行為的必要條件。

LLRR 序列任務是一種用于解析動作序列調控機制的操作性條件反射任務，核心要求動物按固定順序完成 “左-左-右-右”（Left-Left-Right-Right，LLRR）杠桿按壓以獲取食物獎勵，專門用于區分 “動作重復” 與 “動作切換” 兩種關鍵行為，是研究皮層-紋狀體回路功能的經典行為范式。

以M1或 PrL在 LLRR 動作序列行為中的功能必要性研究為案例：

通過向小鼠初級運動皮層（M1）或前邊緣皮層（PrL）雙側注射 muscimol實現局部腦區失活，對比注射前（生理鹽水對照）、注射中（muscimol）、注射后（生理鹽水恢復）的 LLRR 序列任務效率，以驗證 M1 和 PrL 在動作序列執行中的功能。

實驗準備階段

1. 動物選擇與預適應

動物模型：選用 8-12 周齡 C57BL/6 野生型小鼠（雌雄各半，分為 M1 組，PrL 組），飼養于 12h 光暗周期環境（溫度 22±1℃，濕度 50±5%）。

食物限制：實驗前 3 天開始控制飲食，維持體重在初始體重的 85%（每日給予 2g 標準飼料），確保小鼠在行為任務中的覓食動機。

環境預適應：每天將小鼠放入行為箱適應 10min，連續 3 天，減少環境應激。

2. 行為箱與任務裝置

行為箱配置：使用 Med Associates operant 箱，含左/右杠桿、食物槽（Magazine）、紅外傳感器（記錄進盒行為），通過 MED-PC IV 軟件實時記錄杠桿按壓時間戳、進盒時間。

LLRR 任務規則：小鼠需完成 “左 - 左 - 右 - 右”（LLRR）杠桿按壓序列，觸發食物槽釋放 45mg 顆粒飼料（獎勵）；若按壓順序錯誤（如 LRRR），則無獎勵，需重新開始序列。

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LLRR 序列任務訓練

訓練周期：連續 21 天，每天訓練 1 次，每次持續至小鼠獲取 40 個獎勵或 120min。

行為量化指標：

序列效率：（獎勵性 LLRR 按壓次數 / 總按壓次數）×100%；

重復/切換比：重復按壓（LL/RR）占比 ÷ 切換按壓（L→R/R→L）占比。

訓練達標標準：21 天訓練后，小鼠序列效率穩定≥40%，確保其已掌握 LLRR 序列規則。

Muscimol 注射實驗

1. 腦區套管植入手術

麻醉與固定：麻醉小鼠固定于立體定位儀，確保前囟與人字縫水平。

腦區定位與鉆孔：M1 和PrL。

套管植入：插入 26 號雙側引導套管（突出顱骨 1mm），用牙科丙烯酸樹脂固定，術后插入 dummy 套管（防堵塞），單獨飼養恢復 7 天。

2. Muscimol 注射與行為測試（3 天連續實驗）

第 1 天：注射前對照（生理鹽水）

短暫麻醉小鼠，移除 dummy 套管，用生理鹽水沖洗引導套管；

每側腦區注射 200nl 生理鹽水（速度 100nl/60s），注射后保留套管 5min，重新插入 dummy 套管；

小鼠蘇醒 30min 后，進行 LLRR 任務測試，記錄序列效率。

第 2 天：注射中干預（Muscimol）

重復上述操作，將試劑替換為 0.05μg/μl 的 Muscimol 溶液（每側注射 200nl，含 0.01μg Muscimol）；

測試并記錄序列效率。

第 3 天：注射后恢復（生理鹽水）

再次注射生理鹽水，測試并記錄序列效率。

Fig1 沉默 M1 或 PrL 會損害習得的序列行為

總結

藥物失活是 “全腦區、相對廣譜” 的抑制，用于初步驗證腦區的必要性；

還可結合光遺傳沉默：光遺傳沉默是 “精準、時間可控” 的抑制，用于進一步定位腦區的功能（如 M1 沉默僅影響重復，PrL 沉默僅影響切換）。兩種方法的結果一致，能排除單一技術的局限性，增強結論的可靠性。

文獻引用：

• 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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