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通过纵向锰增强 MRI 观察清醒小鼠急性恐惧后全脑活动的演变

一小部分易受焦虑影响的个体在一次暴露后就会产生危及生命的恐惧，这种恐惧可能会持续一生。然而，我们既不知道整个大脑对先天急性恐惧的反应，也不知道大脑活动如何随时间演变。持续的神经元活动可能是持续恐惧反应发展的一个因素。我们结合了两种实验方案来激发急性恐惧，从而导致长期恐惧：捕食者应激 (PS)，一种在啮齿动物中诱发恐惧的自然方法；以及血清素转运蛋白敲除小鼠 (SERT-KO)，该小鼠对 PS 的反应是持续的防御行为。在野生型 (WT) 和 SERT-KO 小鼠中，在 PS 之前、期间以及 PS 之后的短时间和长时间内监测行为。两种基因型都对 PS 做出了防御行为反应。SERT-KO 保持防御行为 23 天，而 WT 小鼠在 9 天内恢复到基线探索行为。因此，在 PS 后 9 天，WT 和 SERT-KO 之间的神经活动差异确定了小鼠持续防御行为的神经相关性。我们采用了纵向锰增强磁共振成像 (MEMRI) 来识别与不同行为相关的全脑神经活动。Mn 2 + 在清醒、行为正常的小鼠中积累，并进行回顾性成像。纵向跟踪相同的两组小鼠，WT 和 SERT-KO，可以通过统计参数映射 (SPM) 对全脑活动进行无偏定量比较。在 WT 的自然行为过程中，仅检测到低水平的活动诱导 Mn 2 + 积累，而在 WT 和 SERT-KO 中，PS 之后立即出现了更多的积累，并在 9 天时演变为一种新的活动模式（p < 0.0001，未校正，T = 5.4）。不同基因型的积累模式不同，SERT-KO 涉及的大脑区域更多，区域内体积也更大。使用我们基于活体小鼠锰增强 MR 图像的 InVivo Atlas 进行的新计算分割分析揭示了每个节段内显著增强体素体积的动态变化，这些体素在 87 个分割区域中的 45 个中因基因型而异。在 PS 后第 9 天，两种基因型的纹状体和腹侧苍白球都活跃，但在 SERT-KO 中更为活跃。SERT-KO 还显示恐惧后和第 9 天之间八个节段的 Mn 2+ 积累量持续或增加，而 WT 中的活动减少或沉默。在成像会话结束时固定的同一只小鼠的大脑的 C-fos 染色（另一种神经活动标记）证实 MEMRI 检测到了活跃的神经元。12 个感兴趣区域 (ROI) 的强度测量支持 SPM 结果。通过 SPM 和 ROI 测量进行的组间比较确定了不同时间点和基因型的特定区域。我们报告了单次急性恐惧暴露后的全脑活动，并且首次报告了在易受持续恐惧影响的个体中，其活动模式会随着时间的推移而演变。我们的研究结果显示，SERT-KO 中多个区域的神经活动发生了动态变化，并且各部分之间的活动平衡被打乱。因此，纵向 MEMRI 是一种强有力的方法，可以发现大脑范围内的活动如何从自然状态演变而来，无论是在经历之后还是在疾病过程中。