心理應(yīng)激對大鼠工作記憶影響及酪氨酸干預(yù)作用

【摘要】　目的　探討心理應(yīng)激對工作記憶(workingmemory)的影響及**遞質(zhì)多巴胺(dopamine,DA)的前體酪氨酸(tyrosine)的干預(yù)作用。方法　先用八臂放射狀迷宮訓(xùn)練大鼠(1次/d、6d/周、連續(xù)10周)至學(xué)習(xí)記憶形成,再以CommunicationBox模型對大鼠進行連續(xù)14d、30min/d的心理應(yīng)激,并從0d起經(jīng)飼料給予250,500和1000mg/kg3個劑量的酪氨酸干預(yù),觀察第1,4, 7, 10, 13天的工作記憶錯誤(workingmemoryerror)及參考記憶錯誤(referencememoryerror)。結(jié)果　與對照組相比,心理應(yīng)激組在第1,7,10,13天的工作記憶錯誤及所有時間測定的參考記憶錯誤皆高于對照組。與心理應(yīng)激組相比,酪氨酸1000mg/kg組在第7天及第13天出現(xiàn)工作記憶錯誤降低,在第4天及第10天出現(xiàn)參考記憶錯誤降低,酪氨酸500mg/kg組在第10天時也出現(xiàn)了工作記憶錯誤、參考記憶錯誤的降低,酪氨酸250mg/kg組均未出現(xiàn)具有顯著性統(tǒng)計學(xué)意義的變化。結(jié)論　急性和反復(fù)的心理應(yīng)激能夠損害大鼠的工作

記憶,高劑量酪氨酸能在較早期降低心理應(yīng)激對工作記憶的損害, 500mg/kg酪氨酸干預(yù)對降低較長期的心理應(yīng)激造成的工作記憶損害也有一定的作用。

【關(guān)鍵詞】　心理應(yīng)激; 　工作記憶; 　酪氨酸

　1974年,Baddeley等在分析短時記憶的基礎(chǔ) 上**提出了工作記憶(workingmemory)是一種對信息進行暫時性的加工和儲存的能量有限的記憶系統(tǒng)這一概念。在隨后多年的研究中發(fā)現(xiàn),工作記憶對于語言理解、學(xué)習(xí)、推理、思維等復(fù)雜認(rèn)知任務(wù)的完成起關(guān)鍵作用。目前,多數(shù)研究者認(rèn)為前額(正中)皮層(mesoprefrontal cortex, mPFC)參與工作記憶的執(zhí)行加工過程,控制并協(xié)調(diào)工作記憶的信息加工過程。mPFC區(qū)主要由中腦腹側(cè)被蓋區(qū)(ventraltegmental area,VTA)的多巴胺(dopamine, DA)神經(jīng)元投射,極易被心理應(yīng)激所激動,導(dǎo)致DA耗竭,對

工作記憶產(chǎn)生損害。本文的目的是探討心理應(yīng)激對工作記憶的作用以及**遞質(zhì)DA的前體物質(zhì)酪氨酸(tyrosine)干預(yù)的影響。

材料與方法

一、材料

1. 動物:純種Sprague2Dawley (SD) 雄性大鼠40只,體重180～220g,**醫(yī)學(xué)研究所實驗動物中心提供。

2. 器材:八臂迷宮:光滑塑料板制成,置于距地面75cm高,中心平臺直徑51. 5cm,八臂的每臂

長60cm,寬11cm,臂側(cè)板高10cm,透明。每臂距遠端3cm處,設(shè)1cm深、直徑2cm的餌食坑; Com2municationBox心理應(yīng)激模型。

3. 試劑:酪氨酸,相對分子量181. 19,由上海聯(lián)合食品添加劑公司提供,純度>98. 0%。

二、方法

1. 動物處理:單一籠飼養(yǎng)于隔音室,光/暗周期為12h/12 h(倒轉(zhuǎn)實驗鼠晝夜節(jié)律,光照時間為

18∶00～06∶00, 06∶00～18∶00為暗周期,使用40W白熾燈照明,使迷宮訓(xùn)練及測定在暗周期進行)。溫度為(23±2)℃。實驗前自由進食普通飼料,適應(yīng)1周。限制進食量,控制動物體重使下降到約85%并維持,然后開始進行迷宮訓(xùn)練及實驗。在訓(xùn)練及實驗期間,每天于18∶00(訓(xùn)練和測試完成后)喂食,以保證第2天訓(xùn)練和測試時處于食物剝奪狀態(tài)。2. 迷宮訓(xùn)練:開始3d,大鼠放在迷宮中央平臺,允許自由探尋和吃散在迷宮的餌食以適應(yīng)。(餌食配方為:奶粉6mg,乳糖23mg,低取代羥基纖維素2. 5mg,硬脂酸鎂0. 5mg,滑石粉1mg,糖粉17mg。經(jīng)制粒后,壓片機壓成50mg/片)。以后,每只大鼠每天訓(xùn)練1次,每周訓(xùn)練6d。訓(xùn)練時,只用4臂做食物臂,保持同只大鼠喂食的方式直到實驗結(jié)束,但每個大鼠4個方向不同以減少氣味的線索。每只大鼠訓(xùn)練完用酒精擦去其排泄物。大鼠吃完4個食物臂或做過14次選擇,或者到了10min,

即結(jié)束1次訓(xùn)練。當(dāng)大鼠4次連續(xù)訓(xùn)練*多只有1次錯誤時,就視作達到工作記憶形成的標(biāo)準(zhǔn)。這時

它每周訓(xùn)練2次,待所有大鼠都達標(biāo)準(zhǔn),即作為工作記憶形成動物進行心理應(yīng)激實驗。訓(xùn)練和試驗時記錄兩種錯誤(統(tǒng)計累積次數(shù)):進入一個已吃過食物的臂為工作記憶錯誤(working

memoryerror),進入無食物臂為參考記憶錯誤(ref2erencememoryerror)。

3. 心理應(yīng)激:采用CommunicationBox心理應(yīng)激模型,被電擊的大鼠(電擊電流為1～2mA,周期

100s,間歇90s)驚叫、驚跳,實驗大鼠不受電擊,而是旁觀其它大鼠遭受電擊的過程,通過視覺、聽覺等產(chǎn)生心理應(yīng)激。

4. 實驗分組: 40只工作記憶形成大鼠,按體重編序,遵循組間均衡的原則分為5組,分別為:空白對照組(不給予心理應(yīng)激,喂食普通飼料100g/kg體重)、心理應(yīng)激組(給予心理應(yīng)激,喂食普通飼料100g/kg體重)、酪氨酸干預(yù)組(給予心理應(yīng)激,并從應(yīng)激暴露前**即0d開始給予酪氨酸低、中、高3個劑量,即酪氨酸250, 500和1000mg/kg3個亞組,將酪氨酸混入普通飼料予以100 g/kg體重喂食)。普通飼料中酪氨酸含量測定根據(jù)GB/T18246- 2000(飼料中氨基酸的測定)規(guī)定的方法,用Hita2chi835- 50型氨基酸自動分析儀測定,酪氨酸含量

為0. 53%(5. 3mg/g)。

5. 實驗過程:每次心理應(yīng)激在08∶00～10∶00進行, 30min/ (組·次), 1次/d,連續(xù)14d。對照組為放入應(yīng)激裝置內(nèi)不給予電刺激,以保持實驗條件完全一致。各組分別在第1, 4, 7, 10, 13天應(yīng)激結(jié)束后即刻測定工作記憶錯誤和參考記憶錯誤。

6. 數(shù)據(jù)統(tǒng)計:數(shù)據(jù)表示采用€x±s€ x,統(tǒng)計分析用ANOVA法。

結(jié) 果

1. 迷宮訓(xùn)練:大鼠八臂迷宮訓(xùn)練的工作記憶錯誤、參考記憶錯誤見圖1。從第1周工作記憶錯誤(1. 43±0. 28, n=40)、參考記憶錯誤(4. 33±0. 63,n=40)至第10周工作記憶錯誤(0. 05±0. 02, n=40)、參考記憶錯誤(0. 12±0. 04, n=40)達到一個相對穩(wěn)定的規(guī)定水平,可以視為工作記憶形成。

2. 心理應(yīng)激對工作記憶作用:結(jié)果如表1、2所示,與對照組相比,心理應(yīng)激組在第1, 7, 10, 13天的工作記憶錯誤有明顯升高,所有時間測定的參考記憶錯誤皆高于對照組,說明心理應(yīng)激損害大鼠的空間工作記憶能力。

　　3. 酪氨酸干預(yù)對心理應(yīng)激影響:同表1, 2所見,與心理應(yīng)激組相比, 1000mg/kg及500mg/kg各組大鼠在不同應(yīng)激天酪氨酸干預(yù)組均出現(xiàn)不同程度的工作記憶錯誤、參考記憶錯誤的降低。1000mg/kg組在第7天及第13天出現(xiàn)明顯的工作記憶錯誤降低,在第4天

及第10天出現(xiàn)明顯的參考記憶錯誤降低。酪氨酸500mg/kg組在第10天時工作記憶錯誤、參考記憶錯誤的降低也具有顯著性統(tǒng)計學(xué)意義。酪氨酸250mg/kg組未出現(xiàn)具有顯著性統(tǒng)計學(xué)意義的變化。由此提示: 高劑量酪氨酸能夠較早的降低心理應(yīng)激對工作記憶的損害, 500mg/kg的酪氨酸對降低較長期的心理應(yīng)激造成的工作記憶損害也有一定的作用。

討 論

1. 本實驗的工作記憶動物模型:在人類,目前心理行為學(xué)、神經(jīng)心理學(xué)以及神經(jīng)影像學(xué)在關(guān)于工作記憶的研究方面已積累了大量證據(jù),發(fā)現(xiàn)至少存在兩種類型的工作記憶系統(tǒng),即詞語工作記憶(ver2balworkingmemory)和空間工作記憶(spatial work2ingmemory),而動物工作記憶模型的建立則主要依靠空間工作記憶。Smith等認(rèn)為空間工作記憶包括信息的儲存和復(fù)述兩個方面,由不同的腦區(qū)控制?？臻g復(fù)述包含對空間位置的選擇性注意,本實驗采用的八臂放射狀迷宮利用整體空間環(huán)境,考察動物對空間的選擇性注意和復(fù)述能力,工作記憶錯誤、參考記憶錯誤能比較準(zhǔn)確地反映動物的搜尋能力及復(fù)述能力,是一個比較理想的空間工作記憶動物模型。Woodsom等*近指出,放射狀迷宮仍然是研究學(xué)習(xí)記憶的*佳的動物模型之一。

2. 本實驗的心理性應(yīng)激源:在過去的大多數(shù)心理應(yīng)激動物實驗是依靠束縛、電擊、寒冷、疲勞等手段來進行,存在著太多的軀體物理性刺激。目前來看,模擬較為純粹的心理性應(yīng)激方法有兩種,一種是通過相等的物理量刺激,比較不同的先后刺激次序來研究心理性應(yīng)激的作用;另一種是本實驗的Com2municationBox模型,采用實驗鼠旁觀電擊鼠驚恐、跳躍、尖叫,通過視覺、聽覺產(chǎn)生心理應(yīng)激,從很大程度上避免了對動物的軀體性刺激,可以認(rèn)為是較為

純粹的心理性應(yīng)激。

3. 本實驗觀察到心理應(yīng)激損害工作記憶(表1, 2),其機制可能是mPFC參與控制并協(xié)調(diào)工作記憶的信息加工過程。用靈長類或嚙齒類動物模型研究發(fā)現(xiàn),工作記憶缺陷產(chǎn)生于mPFC的損壞或去除,這個記憶缺陷也能由mPFC中DA的耗竭或DA受體的阻斷而重現(xiàn)。這些研究表明mPFC的DA系統(tǒng)是工作記憶過程的關(guān)鍵,這個**皮層功能依賴于mPFC。這一系統(tǒng)對幾乎所有的應(yīng)激均表現(xiàn)為活性增強,其DA的代謝和DA釋放具有“優(yōu)先活性”,即使不足以引起**去甲腎上腺素(NE)改變的極輕度應(yīng)激,如低強度的足底電擊,輕度的噪聲刺激

,也可引起前額皮質(zhì)DA的釋放增多。這是由于mPFC的DA神經(jīng)元與其它腦區(qū)的DA神經(jīng)元比較,缺少突觸前D2 受體。這一特點使只有前額皮質(zhì)DA神經(jīng)元才不受D2 自身受體的控制與調(diào)節(jié),進而在即使非常輕度的應(yīng)激狀態(tài)下也可以迅速釋放DA發(fā)揮效應(yīng),從而引起DA的耗竭。另外,由于mPFC的DA神經(jīng)元來自VTA的投射,應(yīng)激時VTA其他神經(jīng)元遞質(zhì)的變化也可能對mPFC的功能產(chǎn)生影響。Kalivas等指出VTA的某些傳入途徑已經(jīng)顯示了在應(yīng)激誘導(dǎo)中介的mPFCDA系統(tǒng)中的作用,許多神經(jīng)遞質(zhì)在VTA的傳入中能夠影響mPFCDA細胞的功能,包括52HT、NE、Ach、GABA、**肽、興奮性氨基酸(如:谷氨酰胺)以及神經(jīng)肽(如: P物質(zhì))等。在這些方面需要進行更加深入的探索和研究。

4. 酪氨酸干預(yù)作用:酪氨酸是中性芳香族氨基酸,飲食中能供給,也能由苯丙氨酸轉(zhuǎn)化而來。美軍研究表明150mg/kg酪氨酸口服能提高戰(zhàn)士應(yīng)激時的清晰思考能力,充足酪氨酸攝入能提高大腦的智力分析能力。本實驗采用250, 500, 1000mg/kg3個劑量進行干預(yù),相當(dāng)于本實驗飼料中所給予的酪氨酸量的0. 5, 1和2倍。結(jié)果證明酪氨酸干預(yù)對應(yīng)激時工作記憶的損害有保護作用,雖然給予1000mg/kg酪氨酸不能馬上降低應(yīng)激對工作記憶的損害,但能在接受應(yīng)激的較早期(第4天)降低應(yīng)激對工作記憶的損害程度。500mg/kg酪氨酸干預(yù)也具有降低較長期的心理應(yīng)激導(dǎo)致的工作記憶損害的作用。Lieberman等指出,**人員的特殊工作性質(zhì)決定了其面臨著睡眠缺失及其他多種應(yīng)激因素,容易導(dǎo)致操作效率的下降。對于具有復(fù)雜應(yīng)激因素

的作業(yè)如航海作業(yè),酪氨酸有可能提高作業(yè)人員的工作效率,減少操作失誤,因此有著良好的應(yīng)用前景。以后的工作重點應(yīng)該在于進一步的人群干預(yù)研究,以期獲取更多的證據(jù)。