《Discover Neuroscience》：Pretraining vagus nerve stimulation differently influences cognition and anxiety-like behavior in male and female rats across estrous cycle stages
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迷走神经刺激（VNS）先前已被证明在行为范式训练后施用时可增强大鼠的认知表现。然而，在训练前施用VNS的效果及其潜在的性别和激素依赖性尚不清楚。在此，研究人员旨在研究单次行为范式训练前VNS对雌雄大鼠认知表现和焦虑样行为的影响。该研究还探讨了动情周期对雌性大鼠
迷走神经刺激（VNS）先前已被证明在行为范式训练后施用时可增强大鼠的认知表现。然而，在训练前施用VNS的效果及其潜在的性别和激素依赖性尚不清楚。在此，研究人员旨在研究单次行为范式训练前VNS对雌雄大鼠认知表现和焦虑样行为的影响。该研究还探讨了动情周期对雌性大鼠这些结果的影响。雌雄Sprague-Dawley大鼠接受了在迷走神经（VN）左颈分支周围植入电极袖套的手术，并在行为范式前30 min施用VNS。VNS后立即评估高架零迷宫（EZM）的表现，而被动回避任务（PAT）和新物体识别（NOR）的表现则在训练后24 h进行评估。在雄性大鼠中，训练前VNS对焦虑、厌恶学习或记忆识别没有显著影响。VNS在雌性大鼠中发挥抗焦虑作用。在受刺激的雌性大鼠中也表现出依赖于动情周期的厌恶学习损害。雌性大鼠在VNS后识别记忆没有变化。本研究强调了刺激时间、性别和激素状态作为优化VNS方案的关键变量的重要性。
**研究背景与意义**
迷走神经刺激（VNS，一种通过电刺激迷走神经调节神经活动的技术）已成为调节神经疾病和认知功能的有力治疗方法。最初用于治疗癫痫和难治性抑郁症，随后研究表明VNS能跨物种增强学习和记忆。VNS的认知效应是通过激活投射到孤束核（NTS，脑干中的神经核团）的迷走神经传入纤维介导的，随后募集蓝斑（LC，脑内去甲肾上腺素的主要来源）。LC的激活增加了参与学习和记忆的脑区（如海马体）中去甲肾上腺素的释放，从而促进突触可塑性和记忆形成。然而，目前的研究存在一些问题：首先，以往的临床前工作多集中在训练期间或训练后给予刺激，而训练前VNS对认知的影响很大程度上尚未被表征。记忆过程分为获取和巩固等阶段，刺激时机至关重要，因为训练后施用VNS被认为作用于记忆巩固过程，而训练前给予刺激可能通过启动编码新信息的神经回路来影响记忆获取。其次，性别是VNS方案中经常被忽视的关键因素。以往研究多在雄性动物中进行，对雌性如何响应VNS了解有限。虽然有研究发现训练期间给予VNS并不能增强雌性认知，但未分析动情周期阶段，导致激素波动的影响不明。
为此，研究人员开展了这项研究，旨在探究训练前单次VNS对雌雄大鼠焦虑样行为和认知表现的影响，并探讨动情周期在雌性大鼠中的调节作用。研究得出结论：训练前VNS对雄性大鼠无显著影响，但在雌性大鼠中产生抗焦虑作用并损害了厌恶学习，且这些效应受动情周期影响。这项研究的重要意义在于揭示了刺激时机、性别和激素状态在优化VNS方案中的关键作用，有助于促进临床前发现向未来治疗策略的转化。该论文发表在《Discover Neuroscience》。
**关键技术方法**
研究人员使用来自Charles River Laboratories的5至7周龄雌雄Sprague-Dawley大鼠作为样本队列。大鼠接受左颈迷走神经（VN，第10对脑神经）电极袖套植入手术，恢复后根据对刺激的呼吸反应分配至假手术组或VNS组。在行为训练前30 min，大鼠接受单次VNS（频率30 Hz，电流0.8 mA）。通过高架零迷宫（EZM，一种用于评估啮齿动物焦虑水平的装置）评估焦虑样行为，通过被动回避任务（PAT，一种基于厌恶刺激的记忆测试）和新物体识别（NOR，一种基于探索行为的记忆测试）分别评估厌恶学习与识别记忆。雌性大鼠的动情周期通过阴道细胞学涂片染色确认为动情期或间情期。数据采用非配对t检验、双向混合方差分析（ANOVA，用于分析多个变量影响的统计方法）和Mann-Whitney检验进行分析。
**研究结果**
在雄性大鼠中，通过EZM测试发现VNS未改变其在开放臂的停留时间；通过PAT测试发现VNS未改善其进入暗箱的潜伏期；通过NOR测试发现VNS未改变其归一化偏好得分。这表明训练前单次VNS对雄性大鼠的焦虑样行为、厌恶学习与记忆或识别记忆没有显著影响。
在雌性大鼠中，通过EZM测试发现VNS显著增加了其在开放臂的停留时间，且该效应可能受动情周期影响，仅间情期大鼠呈增加趋势。通过PAT测试发现VNS显著降低了雌性大鼠的测试潜伏期，特别是动情期大鼠潜伏期显著降低，间情期也呈下降趋势，表明厌恶学习受损。通过NOR测试发现，虽然各组的探索时间和频率有变化，但归一化偏好得分在VNS和假手术组之间无显著差异，表明识别记忆未受影响。因子分析未发现治疗与性别或动情周期之间存在显著交互作用，但可能受限于较小的亚组样本量。
**讨论与结论**
研究讨论了刺激时机和性别在VNS疗效中的作用。在雄性大鼠中，训练前VNS未能改善认知，这与以往训练后VNS增强认知的发现形成对比，表明VNS对认知的作用具有关键的时间维度。在雌性大鼠中，训练前VNS损害了厌恶学习，与训练后VNS改善间情期雌性表现的结果相反，这进一步突出了刺激时机的重要性。雌雄大鼠对VNS反应的差异以及动情周期的影响，可能源于激素波动对学习、记忆和突触可塑性的调节，以及性别间固有的神经生物学差异。动情周期不同阶段的激素波动已被证明会影响学习、记忆和焦虑。与学习和记忆相关的分子靶点也被认为在不同动情周期阶段波动，从而影响突触可塑性，这些波动也可能解释了观察到的不同行为结果。除了激素波动外，其他潜在因素可能包括两性之间固有的神经学差异、代谢率差异，甚至压力或环境条件对雌雄大鼠影响的差异。这些发现强调了在评估VNS疗效时需综合考虑时机和多种生理变量的必要性。
研究结论部分翻译如下：
在这项研究中，研究人员探讨了训练前单次VNS是否会影响雌雄大鼠的焦虑样行为和认知表现。研究发现，训练前VNS并未显著改变雄性大鼠的焦虑样行为、厌恶学习或识别记忆。相反，训练前VNS在雌性大鼠中产生了抗焦虑作用，并损害了厌恶学习和记忆（特别是在动情期测试的雌性大鼠中），而识别记忆保持不变。这些发现表明，VNS的行为效应不仅取决于刺激时机，还取决于性别和激素状态。总体而言，这项工作深入揭示了生物变量如何影响VNS结果，并可能有助于指导临床应用中神经调节方案的优化。
