به طور کلی، یافته‌های مطالعه نشان داد که مسیرهای محیطی و مرکزی باید برای بهبود درک منشاء احساسات و رفتار روشن شوند. علاوه بر این، یافته‌های مطالعه روشی قابل تعمیم را برای ارزیابی‌های عملکردی دقیق و غیرتهاجمی زمانی از تعاملات فیزیولوژیکی در سطح اندام مفصلی در اهداف سلولی در طول رفتار شبه اضطرابی نشان داد.
محققان به‌طور اپتیکال رفتار اضطراب‌مانند افزایش‌یافته تاکی کاردی را برانگیخته‌اند
از حیوانات موش نوع وحشی برای بررسی اینکه آیا تحویل سیستمیک ChRmine به کنترل اپتوژنتیک غیرتهاجمی ریتم قلب اجازه می‌دهد یا خیر، استفاده شد. یک میکرو LED 591.0 نانومتری بر روی جلیقه های پارچه ای پوشیدنی نصب شده بود تا نور را به پوست دیواره قفسه سینه برساند. برای بررسی اینکه آیا ریتم‌های قلبی تحمیل‌شده توسط ضربان‌ساز قلبی می‌تواند بر رفتار تأثیر بگذارد، تاکی کاردی بطنی متناوب با 900 ضربه در دقیقه به مدت 500 میلی‌ثانیه در هر 1500 میلی‌ثانیه به‌طور اپتوژنتیکی برای شبیه‌سازی آریتمی‌های ناشی از استرس غیرمستمر القا شد.
در مطالعه حاضر، محققان یک ضربان ساز برای کنترل اپتوژنتیک غیرتهاجمی ریتم های خاص قلب در طول رفتار نوع فعال ابداع کردند.
فعالیت‌های سراسر مغز غربالگری شدند و تجزیه و تحلیل‌های الکتروفیزیولوژیک برای شناسایی مناطقی از مغز که توسط ریتم‌های اپتوژنتیک تحمیلی قلب فعال می‌شوند، انجام شد. بیان محدود کاردیومیوسیت با قرار دادن ChRmine تحت کنترل تروپونین T قلبی عروقی موش (mTNT) با استفاده از نوع سرولوژیک قلبی-تروفیک AAV9 به دست آمد.
تضعیف رفتار اضطراب زا در طول مهار pIC اپتوژنتیک نشان‌دهنده دخالت گاه به گاه ناحیه منزوی در جذب داده‌های حسی قلبی با ارزیابی زمینه‌ای خطرات محیطی درگیر در ایجاد الگوهای رفتار تطبیقی است. یافته‌ها نقش اینسولا را در ارزیابی حالت‌های داخلی نهایی و بیناگیر برای آموزش پاسخ‌های مرتبط با رفتار نشان داد.
ترکیب یک رویکرد مولکولی با دستگاه‌های الکترونیکی در دسترس، ضربان قلب پایدار و غیرتهاجمی را با ریتم‌های از پیش تعیین‌شده مناسب برای ارزیابی رفتار با استفاده از موش‌های متحرک آزادانه تسهیل کرد. در روش EPM، موش‌ها اکتشاف محدودی از بازوهای باز (در معرض) دستگاه را پس از قدم‌گذاری نوری به نمایش گذاشتند. پس از معرفی شوک‌ها، موش‌هایی که با گام نوری حرکت می‌کردند، جستجوی آب را سرکوب یا لغو کردند، با افزایش دلهره.
مطالعه: کنترل کاردیوژنیک حالت رفتاری عاطفی. اعتبار تصویر: Evgeniy Kalinovskiy / Shutterstock
در مورد مطالعه
آلوده کردن کاردیومیوسیت‌ها با AAV9-mTNT::ChRmine-2A-oScarlet منجر به انقباضات فعال شده با نور با تابش 0.10 میلی‌وات بر میلی‌متر مربع شد. تزریق رترو-اوربیتال AAV9 منجر به بیان محدود اما همگن ChRmine در قلب، بدون بیان خارج از هدف در سایر سلول‌های قلبی مانند فیبروبلاست‌ها، گانگلیون‌های عصبی و سایر اندام‌ها شد.
یافته ها نشان داد که اختلالات فیزیولوژی اندام مختص سلول، دقیق زمانی و غیرتهاجمی در میان پستانداران امکان پذیر است. روش ابداع شده، بدون نیاز به جراحی خاص یا اپتوالکترونیک، می تواند در سیستم های مختلف ارگان های فیزیولوژیکی در بدن انسان اعمال شود و فرصت های جدیدی را برای کشف مکانیسم های پیچیده سلامت و بیماری آشکار کند.
آشماتیک کنترل نوری ریتم قلب را با یک منبع نور خارجی فعال شده با تزریق رترو-اوربیتال AAV9-mTNT::ChRmine-p2A-oScarlet نشان می دهد. بتصاویر مقطع هم کانونی نشان دهنده بیان همگن تراریخته ChRmine-p2A-oScarlet (قرمز) با رنگ آمیزی DAPI (آبی) در دهلیزها و بطن ها. میله های مقیاس، 1 میلی متر (اصلی)؛ 100 میکرومتر (داخلی). جردیابی الکتروکاردیوگرام (ECG) با استفاده از نور 589 نانومتری با فرکانس 15 هرتز (با سرعت 900 ضربه در دقیقه) با عرض پالس 10 میلی‌ثانیه و تابش 160 میلی‌وات میلی‌متر-2. نوار مقیاس، 500 میلی‌ثانیه. ردپای ورودی: سیگنال ECG قبل و بعد از تحویل نور (خاکستری) و در شروع نور و قطع (قرمز). نوار مقیاس، 50 میلی ثانیه، 0.5 میلی ولت. دقابلیت اطمینان کمپلکس‌های QRS فعال‌شده نوری در 900 ضربه در دقیقه به عنوان تابعی از تابش نوری پوست (تعداد = 6 موش). ه, نمونه ای از ردپای ECG از تک تک پالس های نوری 10 میلی ثانیه. نوک پیکان‌های خاکستری نشان‌دهنده امواج P مرتبط با ریتم سینوسی است که در طول ضربان نوری نادیده گرفته می‌شوند (سر پیکان‌های قرمز). نوار مقیاس، 25 میلی‌ثانیه، 0.25 میلی‌ولت. f, نمونه ای از رگه های ECG از ضربان در 600، 800 و 1000 bpm. نوار مقیاس، 50 میلی ثانیه، 0.5 میلی ولت. ناحیه سایه دار دوره روشنایی را در فرکانس مشخص شده در چرخه کاری 100% نشان می دهد. gمشخصه وفاداری به قدم زدن نوری، نشان دادن فرکانس تحریک در مقابل ضربان قلب اندازه گیری شده با ECG (تعداد = 6 موش). تمام اندازه گیری های ECG در موش های بیهوش انجام شد. داده ها میانگین ± sem هستند
نتایج
در مطالعه اخیر منتشر شده در مجله طبیعتمحققان یک ضربان ساز قلب غیرتهاجمی اپتوژنتیک و پوشیدنی برای کنترل دقیق و خاص ریتم قلب برای ≤900 ضربه در دقیقه (bpm) ابداع کردند که با مهار نمایشگر میکرو نور ساطع کننده (LED) و انتقال سیستمیک کانال رودوپسین فعال می شود.
مطالعات افزایش ضربان قلب را در نتیجه اضطراب گزارش کرده اند. با این حال، مشخص نیست که آیا تاکی کاردی می تواند منجر به اضطراب شود یا خیر. این تیم قبلا گزارش کرده بود که ChRmine مدولاسیون عصبی غیرتهاجمی مدارهای عمیق جمجمه را تسهیل می کند و امکان کنترل اپتوژنتیک بافت های قلبی را در انسان افزایش می دهد.
تاکی کاردی بطنی متناوب ناشی از نور به شدت رفتار مرتبط با اضطراب را افزایش می‌دهد، به‌ویژه فقط در زمینه‌های مخاطره‌آمیز، که نشان‌دهنده درگیری مغز (مرکزی) و بدن (محیطی) در رشد عاطفی است. ناحیه قشر منزوی واقع در خلفی (pIC) به عنوان یک تنظیم کننده احتمالی پردازش از نوع interoceptive قلب از پایین به بالا شناسایی شد، که محاصره اپتوژنتیکی آن رفتار مرتبط با اضطراب را که در ابتدا توسط ضربان قلب و عروق اپتوژنتیک القا شده بود، سرکوب کرد.
سنجش زمان واقعی مکان ترجیحی (RTPP) برای ارزیابی تأثیر بد یا اشتها آور ضربان قلب اپتوژنتیک، و سنجش ماز بالا (EPM) برای ارزیابی رفتار مرتبط با اضطراب انجام شد. علاوه بر این، تیم بررسی کرد که آیا افزایش مبتنی بر زمینه در رفتار مرتبط با اضطراب در طول وظایف عملی کلاسیک با استفاده از وظایف تعارض ووگل اصلاح شده مشاهده می‌شود یا خیر. تمایل موش‌های محدود به آب برای جستجوی جوایز آب، اگرچه این پاداش‌ها با خطرات شوک همراه بود.
قدم زدن نوری باعث افزایش سطوح اسید ریبونوکلئیک پیام رسان Fos (mRNA) در pIC و ساقه مغز، به ویژه در نورون های حسی هسته تراکتوس سولیتریوس و سلول های عصبی نورآدرنرژیک لوکوس سرولئوس شد که با استرس و برانگیختگی مرتبط است. ضربان‌سازی اپتوژنتیک PIC را فعال می‌کند، که محاصره آن، به تنهایی، در القای اضطراب ناکافی بود. تحریک متناوب قلب در 660.0 ضربان در دقیقه منجر به رفتاری شبیه به اضطراب نمی‌شود، که نشان می‌دهد تغییر نرخ، به جای ماهیت خارجی زمان‌بندی انقباضات قلب، ضروری است.
حیوانات موش TRAP2 تراریخته، شامل نورون‌هایی با بیان Fos بالا، که می‌توانستند با نشانگر فعال‌سازی عصبی tdTomato برچسب‌گذاری شوند، برای غربالگری کل مغز مورد استفاده قرار گرفتند. در داخل بدن آزمایش‌های الکتروفیزیولوژیکی با استفاده از حیوانات موش بیدار برای ارزیابی دینامیک عصبی اعمال‌شده بر کنترل اپتوژنتیک قلب در سطح تک نورون انجام شد. علاوه بر این، مهار اپتوژنتیک قلبی با استفاده از کانال رودوپسین iC++ از نوع مهاری با نور آبی انجام شد تا بررسی شود که آیا مکانیسم‌های ایجاد اضطراب می‌توانند برای تأثیرگذاری بر رفتار تعدیل شوند یا خیر.