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海马脑区的theta节律(4-12 Hz)是啮齿类动物在清醒探索及快波睡眠时呈现的,与学习记忆功能密切相关的一种特征性场电位节律。已有研究表明,损毁内侧中隔(medial septal,MS)会导致海马CA1区theta节律的消失。进一步的研究发现,MS主要由含抑制性递质(GABA)的中间神经元,兴奋性的谷氨酸能和胆碱能神经元组成,且海马结构本身几乎无胆碱能神经元分布,因此,海马内的乙酰胆碱主要来自于MS的胆碱能神经元投射。那么,MS的胆碱能神经元是否参与海马theta节律的调控?如何调控?论文将转基因技术、多通道在体记录技术,以及光遗传学技术相结合,通过操控MS胆碱能神经元的功能,观察其对海马CA1区theta节律的影响,以阐明MS胆碱能系统与海马CA1区theta节律间的相互关系与作用机制。首先,在胆碱乙酰转移酶-光敏感通道2(choline acetyltransferase-channelrhodopsin2,ChAT-ChR2)转基因小鼠的MS区埋置光纤,并在海马CA1区进行多通道在体记录。在小鼠清醒探索状态和快速眼动睡眠时,用20Hz的蓝光,激活MS的乙酰胆碱能神经元,发现海马CA1区的theta节律并未发生改变,具体表现在其theta score值与光刺激前相比并无差异。在慢波睡眠时,海马CA1区的theta节律消失,场电位呈现典型的ripple节律(100-250Hz)。此时给予MS脑区20Hz的蓝光刺激,在海马CA1区未见有诱导出的theta节律,反而导致ripple节律的抑制。这一系列实验结果说明,单纯激活MS的乙酰胆碱能神经元,提高海马的乙酰胆碱水平,对海马CA1区的theta节律并无直接影响。然后,将伊维菌素调控(ivermectin-gated silencing receptor,IVMR)转基因小鼠,与胆碱乙酰转移酶-Cre小鼠(ChAT-Cre)杂交,构建ChAT-IVMR(choline acetyltrans feraseivermectin gated silencing receptor)转基因小鼠。该品系小鼠在注射伊维菌素(IVM)后,可特异性地抑制胆碱能神经元释放乙酰胆碱。结果显示,在该品系小鼠清醒探索时,在其MS脑区微量注射IVM,抑制胆碱能神经元在海马脑区释放乙酰胆碱,可显著降低海马CA1脑区theta节律振荡波的振幅,且这一抑制性影响具有剂量依赖效应。具体的当在MS脑区注射0.05nmol的IVM时,3小时后的抑制效果为,theta score值从0.0135±0.0119降低到0.0077±0.0114(P<0.01,paired T-TEST),经过24h后,theta节律的幅度可恢复至给药前水平。而注射IVM后,对海马theta节律的频率则没有影响。进一步考察乙酰胆碱水平下降对海马CA1区神经元活动的影响。根据神经元的放电特征和神经元放电与theta节律的相关性,将与乙酰胆碱水平变化相关的海马中间神经元分为两类,Ⅰ类中间神经元放电与theta节律具有高相关性,而Ⅱ类中间神经元放电与theta节律间没有相关性。在ChAT-IVMR小鼠MS脑区微量注射IVM后,Ⅰ类中间神经元与theta节律相关性下降,而Ⅱ类中间神经元与theta节律的相关性却逐步升高。至于海马的锥体神经元,当海马乙酰胆碱水平下降时,部分锥体神经元的放电与theta节律的锁相相位会发生变化。这一系列实验结果表明,虽然损毁MS会导致海马theta节律消失,但MS胆碱能神经元对theta节律的作用却有限。海马乙酰胆碱水平下降,不影响theta节律的频率,只是theta节律的幅度会受到部分影响;而激活MS的乙酰胆碱神经元,提高海马的乙酰胆碱水平,对海马已经存在的theta节律没有影响,在海马theta节律缺失时,也不能诱导出theta节律。此外,乙酰胆碱水平变化也影响海马CA1区部分中间神经元和锥体细胞的放电活动。这一系列研究结果对了解乙酰胆碱对海马theta节律的调控作用与机制具有重要意义。