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目的:全身麻醉药物在临床上的使用已经极其广泛,但该类药物如何导致意识消失的机制仍然未解。目前研究发现,全身麻醉药物导致的可逆性的意识消失等特点以及该过程中的脑电特征与生理性睡眠存在相似性。基底前脑作为上行网状激活系统(由唤醒大脑皮层进入觉醒状态的相关神经核团组成)在腹侧部的最后一站,在睡眠-觉醒调节机制和觉醒维持中发挥重要作用,按照神经元递质类型划分,基底前脑中主要存在三类神经元,即合成乙酰胆碱(acetylcholine,ACh)的胆碱能(cholinergic,Ch AT)神经元、释放2型囊泡转运体的谷氨酸能(glutamatergic,VGLUT2)神经元以及合成γ-氨基丁酸的(gamma-aminobutyric acid,GABA)两种亚型(生长激素抑制素somatostatin,SOM和小清蛋白parvalbumin,PV)神经元。本课题拟通过钙信号记录实验观察基底前脑各神经元在丙泊酚麻醉过程中的活性变化;利用化学遗传学实验操控各神经元,观察激活或抑制不同神经元对丙泊酚麻醉过程的影响,明确基底前脑参与丙泊酚全身麻醉的神经元特性,为理解全身麻醉药物致意识消失的作用机制研究提供可实验依据。方法:1.神经元钙信号记录:选取健康雄性Ch AT-IRES-Cre,SOM-IRES-Cre,PV-IRES-Cre,VGLUT2-IRES-Cre小鼠各5只,随机单侧注射钙信号病毒(AAV-Ef1α-DIO-GCa MPs,300 nl),对侧注射对照病毒(AAV-Ef1α-DIO-EGFP,300nl),并在病毒注射位点上方200μm处埋置光纤,待建模2周后钙信号光纤记录系统进行实验记录。实验结束后,所有小鼠需灌注取脑切片,对相应神经元染色,观察验证病毒注射位点及神经元转染情况;2.化学遗传学激活实验:选取健康雄性Ch AT-IRES-Cre,SOM-IRES-Cre,PV-IRES-Cre,VGLUT2-IRES-Cre小鼠各16只,每种小鼠随机分成两组,分别双侧注射激活病毒(r AAV-Ef1α-DIO-h M3Dq-mcherry,300nl,n=8)和对照病毒(r AAV-Ef1α-DIO-mcherry,300 nl,n=8)并埋置脑电记录元件,待手术3周后开始实验。在行为学及脑电记录前1h随机腹腔注射N-氧化氯氮平(CNO,1mg/kg)或等量生理盐水。实验结束后,所有小鼠需灌注取脑切片,对相应神经元及C-fos染色,观察验证病毒注射位点,神经元转染情况及CNO对神经元的激活情况;3.化学遗传学抑制实验:选取健康雄性Ch AT-IRES-Cre,VGLUT2-IRES-Cre小鼠各16只,SOM-IRES-Cre,PV-IRES-Cre小鼠各12只,每种小鼠随机分成两组,分别双侧注射激活病毒(r AAV-Ef1α-DIO-h M4Di-mcherry,300nl,n=8或n=6)和对照病毒(r AAV-Ef1α-DIO-mcherry,300nl,n=8或n=6)并同时埋置脑电记录元件,待手术3周后开始实验。实验方法与激活实验组相同。实验结束后,灌注取脑切片,对病毒注射位点及神经元转染情况进行验证。结果:1.神经元钙信号记录:小鼠在丙泊酚引起的翻正反射消失(LORR)时,胆碱能和谷氨酸能神经元活性均出现立刻下降,而在意识恢复过程中逐渐升高;SOM神经元活性在LORR时下降,但在恢复过程中其活性仍然呈现下降趋势;而PV神经元活性在丙泊酚麻醉过程中变化不明显;2.化学遗传学激活实验:与对照病毒组和生理盐水注射组相比,Ch AT与VGLUT2神经元被激活后,小鼠的丙泊酚单次给药作用时间均缩短(p<0.001,p<0.01),脑电δ波减少(p<0.001,p<0.01);SOM神经元被激活后,小鼠的丙泊酚单次给药作用时间延长(p<0.001)且脑电δ波增加(p<0.001);PV神经元被激活后,小鼠的丙泊酚单次给药作用时间和脑电均无变化(p>0.05)。3.化学遗传学抑制实验:与对照病毒组和生理盐水注射组相比,Ch AT与VGLUT2神经元被抑制后,小鼠的丙泊酚单次给药作用时间均延长(p<0.001,p<0.01),脑电δ波增加(p<0.001,p<0.01);SOM神经元被抑制后,小鼠的丙泊酚单次给药作用时间缩短(p<0.001)且脑电δ波减少(p<0.001);PV神经元被抑制后,小鼠的丙泊酚单次给药作用时间并无变化(p>0.05)。结论:1.基底前脑Ch AT、VGLUT2及SOM神经元均参与丙泊酚导致的意识消失及恢复过程,而PV神经元参与此过程的可能性很小;2.基底前脑Ch AT和VGLUT2神经元在丙泊酚麻醉过程中,降低麻醉药物敏感性,抑制丙泊酚麻醉效应;3.SOM神经元则在丙泊酚麻醉过程中,对麻醉效应产生促进作用;而PV神经元的活性对丙泊酚麻醉过程产生影响的可能性较小。