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基底前脑(basal forebrain,BF)内的胆碱能神经元在动物不同行为状态下的脑皮层活动调节中起着重要的作用。先前的研究认为BF内的胆碱能神经元与清醒或快速眼动(rapid eye movement,REM)睡眠时的皮层活跃度增高有关,但是其在睡眠觉醒中的确切作用目前仍不太清楚。随着光遗传学技术越来越广泛的应用,我们可以快速并特异地操纵BF的胆碱能神经元。生物研究中一个常用的胆碱能神经元的标记物是胆碱乙酰转移酶(choline acetyltransferase,ChAT),它是乙酰胆碱的合成酶。在ChAT-ChR2-EYFP小鼠中,外源基因ChR2-EYFP的表达受ChAT启动子的控制,故ChR2-EYFP可以特异地表达在胆碱能神经元中。本研究使用473nm的蓝光激活ChAT-ChR2-EYFP小鼠BF的胆碱能神经元,研究小鼠BF胆碱能神经元在睡眠觉醒的各个时相转化中的作用。首先,分别在活动期和非活动期用蓝光激活ChAT-ChR2-EYFP小鼠BF胆碱能神经元。结果发现,当动物处于慢波睡眠(slow wave sleep,SWS)时,15s蓝光刺激可以使动物从SWS中醒来,或者向REM睡眠发生转化。但在REM睡眠时BF胆碱能神经元的激活却不能将动物唤醒,而且会降低由REM睡眠向清醒的转化概率。光激活BF的胆碱能神经元可以延长单个清醒和REM睡眠的时间。进一步的研究发现,虽然BF胆碱能神经元的兴奋可以使动物从SWS向清醒或者REM睡眠快速转化,但是并不影响SWS的最终转化概率。激活BF的胆碱能神经元只是加速了SWS向清醒或REM睡眠的转化。同时脑电(electroencephalographic,EEG)的能量分析显示光刺激引起的清醒和REM睡眠在总的theta波(4-10Hz)能量与自然情况下的清醒和REM睡眠并没有差别。但是光刺激引起的REM睡眠在低频theta波(4-7Hz)能量有轻微的增加,在高频theta波(7-10Hz)上,诱导的清醒和REM睡眠的EEG能量都有所下降。低theta波能量增加提示睡眠压力的增加,这说明ChAT-ChR2-EYFP小鼠诱导出清醒和REM睡眠之后有更高的睡眠压力,动物会更倾向于再次进入SWS状态。用一小时的光照长时程激活BF的胆碱能神经元,可以明显延长动物在其后24h内的清醒时间,减少SWS时间,而且不管是在动物的活动期还是非活动期,给予光刺激都可以使动物在随后非活动期的清醒时间增加和SWS时间减少。综上所述,BF胆碱能神经元在促进觉醒和REM睡眠中起着重要作用,这些神经元的激活可以使动物从SWS进入清醒或REM睡眠,而REM睡眠时激活BF的胆碱能神经元并不能引起觉醒；BF的胆碱能神经元的作用是加速了SWS向清醒或REM睡眠的转化,但并不影响SWS的最终转化方向与概率；BF胆碱能神经元的长时程激活可以引起类似失眠样的表现。