模拟与太空飞行相关的环境压力因素对合作任务表现的影响

《Life Sciences in Space Research》：Effects of Simulated Spaceflight-relevant Environmental Stressors on Cooperative Task Performance

　　

摘要

长时间的太空飞行使宇航员暴露在微重力和社交隔离环境中，这可能会损害他们的认知和社会功能。然而，这些因素对合作行为和神经机制的综合影响仍不清楚。本研究探讨了模拟微重力与社交隔离联合对小鼠合作行为和前额叶皮质（PFC）功能的影响。雄性C57BL/6J小鼠被分为三组，分别进行28天的实验：对照组（GH）、社交隔离组（SI）和联合应激组（尾部悬挂加隔离，SM+SI）。我们通过同步的鼻子碰撞任务评估了焦虑和抑郁样行为、社交认知以及合作学习能力。在合作过程中，使用光纤光度法记录了内侧前额叶皮质（mPFC）的神经活动。死后分析测量了mPFC中的小胶质细胞密度（Iba1）和神经元完整性（MAP2）。与GH组相比，SM+SI组在开放场地测试和 Elevated Plus 架子测试中表现出显著的焦虑样行为，在强制游泳测试和蔗糖偏好测试中表现出抑郁样行为，并且社交新奇性识别能力也受损。有趣的是，单独的社交隔离只在开放场地测试中引发了焦虑样行为，在 Elevated Plus 架子测试中则没有。联合应激比社交隔离更延迟了个体的任务学习，而社交隔离（无论是SI组还是SM+SI组）都显著降低了合作比率。光纤光度法显示，在应激组中，mPFC的活动模式发生了改变，脑间的神经同步性也发生了探索性变化，尽管这些观察结果需要更大样本量的验证。组织学分析表明，社交隔离与mPFC中Iba1阳性小胶质细胞密度增加有关，而联合应激（SM+SI）条件则导致mPFC中Iba1阳性小胶质细胞密度增加更多，同时MAP2阳性区域减少。这些发现表明，社交隔离是影响合作表现和前额叶神经动态的重要因素。联合应激（SM+SI）条件比单独的社交隔离导致的小胶质细胞密度增加和神经元结构改变更为显著。我们的结果强调了在长期任务期间提供心理社会支持的必要性，并强调了神经炎症变化的潜在机制，这些机制需要进一步研究。

章节摘要

引言

长时间暴露在太空飞行环境中对中枢神经系统（CNS）构成了显著风险，这是航空航天医学关注的重点问题。众所周知，微重力会导致多方面的神经生物学变化，包括灰质和白质体积减小、脑脊液腔扩大[1,2]、脑网络的功能重组[[3], [4], [5], [6]]，以及外周和中枢的炎症反应增强

伦理批准

所有实验程序均得到了中国电子科技大学动物管理委员会的批准（批准编号：1061423030125881），并遵循机构指南、ARRIVE指南以及美国国家研究委员会关于实验室动物护理和使用的指导方针。我们尽一切努力减少动物痛苦并减少使用的动物数量。

动物

从北京购买了2个月大的雄性C57BL/6J小鼠

行为分析

使用DeepLabCut追踪小鼠的身体标志点和运动轨迹，并利用生成的坐标生成轨迹热图。使用EthoVision XT 15（Noldus Information Technology，荷兰）来量化在预定义区域内的时间、手臂进入次数、静止时间和社交探索时间。在开放场地测试（OFT）中，中心区域被定义为25厘米×25厘米的区域。还量化了总行驶距离，以控制潜在的一般差异

模拟太空飞行相关环境压力对焦虑/抑郁样行为和社交认知的影响

实验时间线和分组分配如图1A所示，行为结果展示在图1B-G中。模拟太空飞行相关环境压力显著影响了小鼠的焦虑/抑郁样行为和社交认知。

在开放场地测试（OFT）中，首先分析了总行驶距离，以排除运动功能改变的混淆效应。单因素方差分析（ONE-WAY ANOVA）显示三组之间没有显著差异（F(2, 27) = 0.62

讨论

本研究有一个重要限制。实验设计仅包括三个组：对照组（GH）、社交隔离组（SI）和联合应激组（SM+SI）。这种设计使我们能够评估社交隔离的影响以及其与模拟微重力结合的附加效应，但它无法单独评估模拟微重力本身的影响。这一限制是由于在集体饲养环境中维持稳定尾部悬挂的技术挑战所致。

写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备这项工作期间，作者使用了ChatGPT（OpenAI）来协助语言编辑、组织 mano 这份手稿的修订。使用该工具/服务后，作者根据需要对内容进行了审查和编辑，并对已发表文章的内容负全责。

资金支持

本研究得到了中国空间医学实验项目（项目编号：HYZHXMN01016）和四川省科技计划（项目编号：2024ZDZX0014）的支持。

K.C.和Y.X.设计了这项研究。H.L.、Y.Y.和Z.Y.进行了实验。Z.Y.和Y.Y.进行了数据分析。K.C.和Y.Y.撰写了初稿。D.Y.和Y.X.审阅并编辑了手稿。所有作者都阅读并批准了最终稿件。

作者声明没有利益冲突。

数据可用性

所有相关数据可从K.C.（[e-mail]）处获取。

CRediT作者贡献声明

袁尧：撰写——初稿、可视化、研究、数据分析。刘浩伦：方法论、研究、数据管理。杨正江：研究、数据分析、数据管理。姚德忠：撰写——审阅与编辑、监督、资金获取。夏阳：撰写——审阅与编辑、监督、方法论、概念化。陈凯：撰写——审阅与编辑、资源协调、资金获取、概念化。

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所报告工作的财务利益或个人关系。

我们衷心感谢中国航天员中心的宝贵指导和慷慨支持。

袁尧|刘浩伦|杨正江|姚德忠|夏阳|陈凯