记忆是机体对外界信息的编码、巩固和提取的过程。以往的研究表明,睡眠对于记忆各个过程的正常进行起着非常重要的调控作用。然而,由于技术的限制,先前的研究证据主要通过睡眠诱导(主要针对人)或睡眠剥夺(sleep deprivation,SD)(人或动物)来获得,所以,以前的证据或者是间接的,或者由于睡眠剥夺导致的压力而形成的混合结果(压力对记忆的形成有损伤作用),都不能很好得解释睡眠对记忆形成的调控作用。最近的研究表明,延髓部的面神经旁核(parafacialzone,PZ)与促睡眠有关,所以,我们利用光遗传学技术操纵PZ的GABA能神经元,对睡眠进行特异性调控。生物研究中一个常用的GABA能神经元的标记物是囊泡γ-氨基丁酸转运体(vesicularGABAtransporter,VGAT),它是抑制性神经递质GABA回收进囊泡的一种膜蛋白。在VGAT-ChR2-EYFP小鼠中,外源基因ChR2-EYFP的表达受VGAT启动子的控制,故ChR2-EYFP可以特异地表达在GABA能神经元中。本研究使用473 nm的蓝光激活VGAT-ChR2-EYFP小鼠PZ的GABA能神经元,快速并特异地产生慢波睡眠(slow wave sleep,SWS),研究这种光遗传学诱导的SWS对记忆形成的各个过程的调控作用。首先,在活动期用蓝光激活VGAT-ChR2-EYFP小鼠PZ的GABA能神经元,进行30minSWS的诱导,然后,进行记忆相关的三种行为学实验,分别是:新物体辨别(Novel Object Recognition,NOR),Y 迷宫(Y-maze)和恐惧记忆(fear conditioning),并且,用这种诱导的30minSWS检测对记忆编码、巩固和提取过程的影响。结果显示,在NOR行为中一种叫做object-in-place的任务中,学习后立刻进行30minSWS诱导可以显著增强小鼠的记忆。如果学习后间隔15min进行30 min SWS诱导,同样可以显著增强小鼠的记忆。但如果学习后间隔30 min进行30 min SWS诱导,这种增强效应消失。学习后立刻进行15 min SWS诱导也能增强记忆。以上的结果表明,记忆的巩固发生在学习之后紧跟的有限时间内,学习之后立刻进行30 min SWS诱导对NOR这种辨别记忆(recognition memory)有明显增强作用,这种作用的时间窗是紧跟学习后的30min。进一步研究发现,在Y-maze这种行为中,学习之后立刻进行30 min SWS诱导也能明显增强小鼠空间记忆。同时,在条件性恐惧记忆(fearconditioning)行为中,学习之后立刻进行30 min SWS诱导也能明显增强场景记忆(contextual memory),但对条件(cue)介导的记忆(cued memory)没有明显影响。在小鼠进行object-in-place学习之后,诱导小鼠进行30 min SWS,可以同时在海马的CA1区记录到大量的ripple波(频率是100-250 Hz)。与15 min诱导的SWS相比,30 min诱导的SWS产生了更多ripple波,并且,能更好地提高小鼠的行为表现。这说明本研究用光遗传学诱导的SWS可能是通过海马的ripple波产生记忆增强作用。在object-in-place、Y-maze两种行为的测试实验之前进行30min SWS诱导对小鼠行为没有明显影响,表明30 min SWS诱导对记忆的提取过程没有明显影响。另外,在学习object-in-place任务之前对小鼠进行30minSWS诱导,小鼠的记忆有明显增强;但在学习Y-maze任务之前对小鼠进行30min SWS诱导对小鼠记忆没有明显影响。综上所述,在学习之后立刻给予30 min SWS诱导可以明显增强海马依赖性的记忆巩固作用,精确的时间窗是紧跟学习后的30min,伴随SWS发生的海马CA1区产生的高频ripple波可能是这种增强作用的机制;30 min SWS对记忆的提取没有明显影响,但对object-in-place这种辨别记忆的编码有增强作用,对Y-maze这种空间记忆的编码没有明显影响。