宋茹 劉曉莉 喬德才

北京師范大學(xué)體育與運動學(xué)院運動生理學(xué)實驗室（北京 100875）

光遺傳技術(shù)及其在基底神經(jīng)節(jié)運動調(diào)控中的應(yīng)用研究進展

宋茹 劉曉莉 喬德才

北京師范大學(xué)體育與運動學(xué)院運動生理學(xué)實驗室（北京 100875）

基底神經(jīng)節(jié)是運動系統(tǒng)的皮層下中樞之一，通過直接和間接通路參與動作的選擇、優(yōu)化、整合與精確調(diào)節(jié)?；咨窠?jīng)節(jié)兩條通路調(diào)節(jié)功能紊亂與帕金森等疾病導(dǎo)致的行為功能障礙有關(guān)。光遺傳技術(shù)具有可對特定神經(jīng)元在時間、空間上進行精確調(diào)控的優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于神經(jīng)環(huán)路、神經(jīng)遞質(zhì)以及各類退行性疾病和精神疾病的研究中。本文僅就國內(nèi)外光遺傳技術(shù)及其在基底神經(jīng)節(jié)運動調(diào)控中的應(yīng)用研究進展做一綜述。

光遺傳技術(shù)；基底神經(jīng)節(jié)；運動調(diào)控；中樞疲勞

光遺傳學(xué)（optogenetics）也稱光刺激基因工程（optical stimulate plus genetic engineering），是將光學(xué)技術(shù)和分子遺傳學(xué)技術(shù)結(jié)合后形成的一種新興技術(shù)。神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域傳統(tǒng)的研究方法都存在著一些不足，如電生理學(xué)方法記錄到的膜電位變化并不是神經(jīng)元真正的放電情況，且電刺激對神經(jīng)元的操控也缺乏特異性；而藥理學(xué)的方法雖然可以特異地作用于某一類型神經(jīng)元，但藥物作用過程需要一定的時間，常常會錯過神經(jīng)元的編碼時段，缺乏時間準確性。光遺傳技術(shù)克服了以上這些缺點，能夠利用光照刺激光敏感蛋白在特定時間內(nèi)實現(xiàn)對生物體內(nèi)某一特定神經(jīng)元活動及功能的毫秒級控制，因此被視為神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域一種變革性的研究手段。研究人員將光遺傳技術(shù)應(yīng)用于神經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)研究、運動調(diào)控及神經(jīng)病理機制等方面，取得了一系列的成果。

1 光遺傳技術(shù)的發(fā)展

Crick曾于1979年提出，神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域面臨的最大挑戰(zhàn)是急需開發(fā)出一種新的控制技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)該在不改變其他細胞的前提下，特定地使某一類型的所有細胞失活[1]，但他并沒有對其具體操作方法進行描述。其實，早在1971年就有人發(fā)現(xiàn)了一種微生物單成分光激活的離子泵細菌視紫紅質(zhì)（bacteriorhodopsin，BR）[2，3]，隨后人們又相繼發(fā)現(xiàn)了更多的微生物視蛋白家族成員（包括與膜結(jié)合的離子泵和通道），如鹽細菌視紫紅質(zhì)（halorhodopsin，HR）[4]和通道視紫紅質(zhì)（channelrhodopsin，ChR）[5，6]，它們可在光照作用下使各種離子通過細胞膜。這些視蛋白的發(fā)現(xiàn)為實現(xiàn)Click提出的設(shè)想提供了可能。

然而，許多技術(shù)上的難題阻礙了該設(shè)想的實現(xiàn)，如外源性微生物膜蛋白對哺乳動物神經(jīng)元會產(chǎn)生毒性傷害：進入細胞的光子流太弱、速度太慢，不足以發(fā)揮預(yù)期的調(diào)節(jié)作用；更重要的是微生物視蛋白需要在化學(xué)輔助因子全反式視黃醛的幫助下才能吸收光子信號。直到2005年，美國斯坦福大學(xué)Deisseroth的研究小組[7]首次將一種單成分微生物視蛋白轉(zhuǎn)入哺乳動物神經(jīng)元中，實現(xiàn)了對毫秒級動作電位穩(wěn)定且持續(xù)的控制，隨之相關(guān)的研究也相繼出現(xiàn)[8-10]，至此光遺傳技術(shù)初具雛形。該研究小組發(fā)現(xiàn)，不僅胚胎組織和視網(wǎng)膜中存在大量類視黃醇，成熟哺乳動物大腦、脊柱中也有所表達[11，12]，且包含了足夠的全反式視黃醛，這為微生物視蛋白在這些組織中作為單成分光控原件調(diào)控跨膜離子轉(zhuǎn)運過程奠定了基礎(chǔ)。到2010年，多種可通透離子的微生物視蛋白如BR、HR、ChR和一種可與G蛋白耦聯(lián)發(fā)揮效應(yīng)的視蛋白optoXR都被用作光遺傳技術(shù)的工具，大大拓展了光遺傳技術(shù)的應(yīng)用范圍。目前，研究者可利用依賴Cre重組酶構(gòu)建的視蛋白表達病毒載體以及在特定細胞內(nèi)選擇性表達Cre重組酶的各品系小鼠資源，用光照操控在體的各種類型細胞活動。此外，光遺傳技術(shù)的應(yīng)用不僅局限于神經(jīng)科學(xué)，還被廣泛地應(yīng)用于生物學(xué)如干細胞、心肌細胞、肌肉組織等諸多研究領(lǐng)域中。

2 光遺傳技術(shù)的基本原理與方法

光遺傳技術(shù)的關(guān)鍵是相關(guān)基因的單基因操控，涉及到很多相關(guān)學(xué)科的技術(shù)，如光敏感蛋白技術(shù)、將光敏

感蛋白編碼基因轉(zhuǎn)入目的細胞的技術(shù)、定向光控技術(shù)，以及各種可穩(wěn)定輸出信號的方法，如熒光或編碼電活動的指示器、電信號記錄、功能性核磁共振成像（functional Magnetic Resonance Image，fMRI）、行為學(xué)的定量分析等（圖1）。

圖1 光遺傳技術(shù)流程示意圖

光敏感蛋白是光遺傳技術(shù)的工具[13]（圖2），根據(jù)作用原理不同可分為兩種類型：I型和II型視蛋白。BR、HR、ChR都屬于I型視蛋白，即光感受和離子電導(dǎo)均由同一分子完成。BR是迄今為止被研究最多的光敏感蛋白，可以把質(zhì)子從細胞質(zhì)轉(zhuǎn)運到細胞外。而從鹽堿古菌中分離出的抑制性光敏感蛋白NpHR，可被黃光激活開放通道，允許Cl-通過，使細胞產(chǎn)生超極化[14]，目前已被應(yīng)用于哺乳動物[15，16]。NpHR2.0和NpHR3.0是NpHR的兩種變體，其對膜的靶向性和光電流幅值及在細胞膜的運輸效率有所提高[17，18]。1991年ChR2在萊茵衣藻中被發(fā)現(xiàn)，它是一種藍光激活的非選擇性陽離子通道，其開放需要全反式視黃醛的輔助作用。藍光照射下，全反式視黃醛輔助因子吸收光子發(fā)生構(gòu)象變化，使ChR2通道打開，引起Na+內(nèi)流，導(dǎo)致細胞膜去極化[5]。2005年Deisseroth[7]首次將ChR2表達于海馬CA1/CA3區(qū)，發(fā)現(xiàn)光照僅使海馬內(nèi)神經(jīng)元興奮，且未導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。為提高ChR2在腦內(nèi)的表達量，使其介導(dǎo)的光電流更加穩(wěn)定并減少長時間光照導(dǎo)致的ChR2脫敏現(xiàn)象，研究者又開發(fā)出了各種各樣的單成分光遺傳技術(shù)工具，如ChETA、波長紅移的C1V1、步態(tài)功能視蛋白（SFOs）等[19，20]。II型視蛋白optoXRs吸收光子后必須耦聯(lián)到G蛋白上才能產(chǎn)生光所引起的效應(yīng)，利用optoXRs可對細胞內(nèi)信號傳導(dǎo)過程進行光學(xué)調(diào)控[21]。另外，將多種具有不同激發(fā)波長的光敏感蛋白同時在細胞中表達，可分別控制不同類型神經(jīng)元的活動；若具有興奮性和抑制性的光敏感蛋白同時表達于同一類型的神經(jīng)元中，可分別興奮或抑制同一類型神經(jīng)元的活動[14]。

圖2 各種視蛋白作用原理示意圖[13]

各種類型視蛋白被開發(fā)后，如何將視蛋白運輸進入體內(nèi)就成了另一個需要攻克的難題。現(xiàn)已發(fā)明很多將光敏感基因運載至體內(nèi)并有效表達成光敏感蛋白的技術(shù)，如病毒表達系統(tǒng)和轉(zhuǎn)基因動物。病毒表達系統(tǒng)可以使光敏感蛋白在動物體內(nèi)長期且穩(wěn)定地表達，但該方法的局限性是運載的最大基因片段長度有限，所用到的啟動子不能超過4kb且需具有特異性，而這樣的啟動子種類較少[17]。轉(zhuǎn)基因動物雖然突破了病毒對于運載長度的限制，但培育轉(zhuǎn)基因動物費時費力且成本較高；現(xiàn)大多優(yōu)先使用表達Cre重組酶系統(tǒng)的轉(zhuǎn)基因動物[22-24]。

光運輸技術(shù)是光遺傳技術(shù)的另一關(guān)鍵環(huán)節(jié)。體外實驗常采用水銀弧光燈、激光、發(fā)光二極管（LED）進行多位點的光照刺激；而在體實驗多將光纖[25]或高能量的LED套管[26]植入到動物體內(nèi)，通過激光給予清醒活動的動物以光照刺激。

研究者將光照刺激與單細胞電生理記錄相結(jié)合以從被光控制的組織上獲取信息。最初在動物麻醉狀態(tài)下，光照刺激后由鎢電極收集神經(jīng)元電活動信息[27]；后來的硅酮多位點電極[28]可采集在體情況下神經(jīng)元的電活動；而雙質(zhì)子繪圖技術(shù)可實現(xiàn)光刺激與神經(jīng)元放電活動的同步記錄[29]。此外，還可通過觀察光照刺激后動

物的行為變化，評價神經(jīng)元功能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。光遺傳技術(shù)與信息輸出技術(shù)的結(jié)合極大地促進了完整且復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、功能的基礎(chǔ)研究。

3 光遺傳技術(shù)與基底神經(jīng)節(jié)的運動調(diào)控

3.1 基底神經(jīng)節(jié)與運動調(diào)控

基底神經(jīng)節(jié)主要包括紋狀體（striatum，Str）、蒼白球外側(cè)部（external globus pallidus，GPe）、蒼白球內(nèi)側(cè)部/黑質(zhì)網(wǎng)狀部復(fù)合體（GPi/SNr）、黑質(zhì)致密部（substantia nigra pars，SNc）和丘腦底核（subthalamic nucleus，STN）等5個部分。它們接受皮層的大量投射，將信息加工處理后，最終經(jīng)丘腦（thalamus，Thal）返回皮層。其中紋狀體接受大部分大腦皮層向基底神經(jīng)節(jié)的谷氨酸能投射，是基底神經(jīng)節(jié)的信息傳入結(jié)構(gòu)；而蒼白球內(nèi)側(cè)部/黑質(zhì)網(wǎng)狀部復(fù)合體將各核團整合的信息統(tǒng)一投射向丘腦，是基底神經(jīng)節(jié)的信息傳出結(jié)構(gòu)。皮層和基底神經(jīng)節(jié)之間主要由3條通路對信息進行整合和處理，即超直接通路（Ctx-STN-GPi/SNr-Thal-Ctx）、直接通路（Ctx-Str-GPi/SNr-Thal-Ctx）和間接通路（Ctx-Str-GPe-STN-GPi/SNr-Thal-Ctx）[30]。另外，黑質(zhì)與紋狀體之間還存在一個多巴胺能投射的微環(huán)路，黑質(zhì)向紋狀體的投射主要有兩條傳出通路：一條作用于含多巴胺I型受體（D1DR）的紋狀體中等棘狀神經(jīng)元（medium spiny neuron，MSNs）（D1-MSNs），對直接通路起促進作用；另一條作用于含多巴胺II型受體（D2DR）的MSNs（D2-MSNs）上，對間接通路起抑制作用。該微環(huán)路向紋狀體釋放多巴胺的總效應(yīng)是減少基底神經(jīng)節(jié)對丘腦的抑制，促進丘腦-皮層投射神經(jīng)元的活動[31，32]。

基底神經(jīng)節(jié)是運動系統(tǒng)的皮層下中樞之一，并不直接發(fā)起或執(zhí)行運動功能，而是起著整合、優(yōu)化、精確調(diào)節(jié)的作用，通過調(diào)節(jié)肌張力、聯(lián)合運動和維持姿勢，與小腦一起配合皮層完成運動功能的執(zhí)行。大量研究表明[33，34]，由于疾病或?qū)嶒炚T導(dǎo)致使基底神經(jīng)節(jié)損傷后，會出現(xiàn)運動缺乏、行動遲緩或非隨意運動的癥狀，包括舞蹈癥、手足徐動癥、運動障礙和肌張力障礙等，這樣的結(jié)果可以從基底神經(jīng)節(jié)環(huán)路的直接、間接通路角度進行解釋。直接通路過度激活會導(dǎo)致丘腦-皮層的去抑制，從而出現(xiàn)不協(xié)調(diào)或非隨意運動，如亨廷頓舞蹈癥（Huntington’s disease，HD）；而間接通路的相對過度激活將最終導(dǎo)致丘腦-皮層的過度抑制，從而阻止或妨礙運動、影響認知的傳出過程[33]，如帕金森?。≒arkinson’s disease，PD）。那么，正常生理狀態(tài)下基底神經(jīng)節(jié)在運動的執(zhí)行過程中到底起了怎樣的作用呢？早期的假說支持基底神經(jīng)節(jié)參與習(xí)得運動順序的自動執(zhí)行過程[35]，但基底神經(jīng)節(jié)是否儲存運動計劃，或僅負責(zé)調(diào)動存儲于其他腦區(qū)的運動計劃，并進行不斷地轉(zhuǎn)換尚無確切的研究結(jié)果?，F(xiàn)在基本形成的假說是基于Mink的觀點：基底神經(jīng)節(jié)在促進隨意運動發(fā)生、抑制競爭動作出現(xiàn)的過程中起著十分重要的作用[36]。之后的研究也一直致力于驗證該假說的正確性。

3.2 光遺傳技術(shù)在基底神經(jīng)節(jié)運動調(diào)控機制研究中的應(yīng)用

3.2.1 基底神經(jīng)節(jié)直接與間接環(huán)路作用的機制

基底神經(jīng)節(jié)環(huán)路的經(jīng)典模型認為，基底神經(jīng)節(jié)通過兩條神經(jīng)通路的平衡來整合和精確調(diào)節(jié)運動，但這種假設(shè)一直沒有得到直接的實驗證據(jù)支持。Kravitz等[37]采用光遺傳技術(shù)，通過ChR2激活小鼠基底神經(jīng)節(jié)的直接通路，發(fā)現(xiàn)小鼠的移動速率、時間、頻率明顯增加；而激活間接通路時，結(jié)果卻相反，且小鼠做精細動作的比例減少，為上述假說提供了直接證據(jù)。Cui等[38]結(jié)合光遺傳技術(shù)和時間相關(guān)單光子計數(shù)技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，動物開始運動時D1-MSNs和D2-MSNs均處于激活狀態(tài)；Xin等[39]也發(fā)現(xiàn)快速運動序列起始和結(jié)束時D1-MSNs和D2-MSNs均被激活。但Freeze等[40]卻發(fā)現(xiàn)，不論用藍光激活哪條通路的MSNs，黑質(zhì)網(wǎng)狀部神經(jīng)元的放電頻率部分升高，部分降低，并未表現(xiàn)出一致的興奮狀態(tài)或抑制狀態(tài)。這一研究結(jié)果支持了與經(jīng)典模型不相矛盾的另一個假說，即兩條通路的平衡在動作的選擇過程中均起著重要作用，直接通路易化計劃的運動，而間接通路抑制競爭動作的出現(xiàn)，兩者共同調(diào)節(jié)著基底神經(jīng)節(jié)信息輸出的時間精確性[41]。之后，Tecuapetla等[42]在對小鼠頭部同側(cè)和對側(cè)偏轉(zhuǎn)行為進行觀察時發(fā)現(xiàn)，抑制基底神經(jīng)節(jié)其中一條通路將會損害小鼠向?qū)?cè)偏轉(zhuǎn)，而同側(cè)偏轉(zhuǎn)不受影響；同時抑制兩條通路時，小鼠向?qū)?cè)偏轉(zhuǎn)的行為消失更偏向于同側(cè)轉(zhuǎn)向。這些結(jié)果充分表明，基底神經(jīng)節(jié)對運動的調(diào)控功能遠比我們已經(jīng)認識到的更為復(fù)雜。

3.2.2 基底神經(jīng)節(jié)功能紊亂與帕金森病運動障礙的關(guān)系

PD是一種神經(jīng)退行性疾病，主要臨床癥狀是靜止性震顫、運動徐緩、肌肉僵直和姿勢步態(tài)異常等。PD的發(fā)病機制尚未明確，但目前認為黑質(zhì)致密部多巴胺神經(jīng)元變性缺失及紋狀體多巴胺水平降低是誘導(dǎo)PD發(fā)生的早期原因[43，44]。研究表明，PD動物模型的紋狀體神經(jīng)元自發(fā)放電頻率增高[45]，丘腦底核神經(jīng)元高頻放電與爆發(fā)式放電增多[46]，因此提出了PD發(fā)病可能是由黑質(zhì)-紋狀體多巴胺能系統(tǒng)活性減弱，皮層-紋狀體谷氨酸能系統(tǒng)活性增強所致，而調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)活性的神經(jīng)遞質(zhì)首當(dāng)其沖，遞質(zhì)失衡可能是導(dǎo)致此現(xiàn)象發(fā)生的原因[47]。

近來有研究發(fā)現(xiàn)，利用光遺傳技術(shù)刺激野生型小鼠紋狀體D2-MSNs時出現(xiàn)了震顫等PD癥狀，而刺激

PD模型小鼠紋狀體的D1-MSNs則得到緩解[37]，初步證實了PD病理狀態(tài)下間接通路興奮性升高、直接通路興奮性降低可能是導(dǎo)致運動功能障礙的原因，并提出激活直接通路可以作為今后PD的一種治療方案。腦深部刺激（deep brain stimulation，DBS）近幾年被用于PD患者的手術(shù)治療以緩解其運動障礙[48]，但這種治療手段在細胞水平的機制并不清楚且存在爭議。Gradinaru等[49]用光照逐個刺激或抑制自由活動PD模型小鼠的丘腦底核神經(jīng)元、膠質(zhì)細胞和纖維投射的不同回路，發(fā)現(xiàn)只有刺激丘腦底核傳入纖維時震顫等癥狀才得以緩解，提示DBS緩解PD癥狀的可能機制與間接通路的活性改變有關(guān)，這為今后使用光遺傳技術(shù)治療PD疾病提供了可能性。

4 光遺傳技術(shù)在運動性疲勞中樞機制研究中的應(yīng)用展望

運動性疲勞長期以來一直是運動生理學(xué)研究者們關(guān)注的熱點問題，人們對運動疲勞機制的認識經(jīng)歷了由外周到中樞的復(fù)雜過程。早期的研究多圍繞循環(huán)、代謝、肌肉及營養(yǎng)等外周因素與運動性疲勞之間的關(guān)系展開，近年來的研究表明，運動過程中肌肉工作能力的下降是由中樞神經(jīng)系統(tǒng)無法充分驅(qū)動運動神經(jīng)元所致[50]。本實驗室圍繞運動疲勞中樞機制展開了一系列研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)運動疲勞時大腦皮層處于廣泛抑制狀態(tài)[51]，紋狀體高頻、爆發(fā)式放電活動顯著增加[52，53]，蒼白球外側(cè)部神經(jīng)元低頻爆發(fā)式放電比例明顯增加[54]，丘腦底核神經(jīng)元疲勞早期時過度興奮[51]，蒼白球內(nèi)側(cè)部/黑質(zhì)網(wǎng)狀部復(fù)合體神經(jīng)元電活動則明顯增加[55，56]。由此推測，運動疲勞時基底神經(jīng)節(jié)間接通路可能處于過度激活狀態(tài)[57]，作用的靶點可能在紋狀體D2-MSNs，但由于傳統(tǒng)研究手段無法區(qū)分紋狀體MSNs兩類神經(jīng)元的確切功能而難以定論。未來可利用光遺傳技術(shù)靶向性地操控紋狀體D1-MSNs和D2-MSNs兩類神經(jīng)元的興奮或抑制過程，并將光遺傳技術(shù)與在體多通道電生理信號采集技術(shù)相結(jié)合，闡明直接、間接通路在運動疲勞發(fā)生、發(fā)展、恢復(fù)過程中調(diào)控作用的差異性，初步構(gòu)建基底神經(jīng)節(jié)相關(guān)核團對運動疲勞貢獻率的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；另外，還可以結(jié)合腦片膜片鉗技術(shù)，探究運動疲勞對不同類型神經(jīng)元突觸可塑性的影響，從突觸水平揭示運動疲勞的可能機制，為進一步闡釋基底神經(jīng)節(jié)在運動疲勞中樞調(diào)控中的作用提供直接的實驗證據(jù)，也為尋找延緩運動疲勞產(chǎn)生的新靶向藥物提供科學(xué)依據(jù)。

[1]Crick FH.Thinking about the brain[J].Sci Am，1979，241（3）：219-232.

[2]Oesterhelt D，Stoeckenius W.Rhodopsin-like protein from the purple membrane of Halobacterium halobium[J].Nat New Biol，1971，233（39）：149-152.

[3]OesterheltD，StoeckeniusW.Functionsofanew photoreceptor membrane[J].Proc Natl Acad Sci U S A，1973，70（10）：2853-2857.

[4]Matsuno-YagiA，MukohataY.Two possibleroles of bacteriorhodopsin;acomparativestudy of strains of Halobacterium halobium differing in pigmentation[J].Biochem Biophys Res Commun，1977，78（78）：237-243.

[5]Nagel G，Ollig D，F(xiàn)uhrmann M，et al.Channelrhodopsin-1：a light-gated proton channel in green algae[J].Science，2002，296（5577）：2395-2398.

[6]Nagel G，Szellas T，Huhn W，et al.Channelrhodopsin-2，a directly light-gated cation-selective membrane channel[J]. Proc Natl Acad Sci U S A，2003，100（24）：13940-13945.

[7]BoydenES，ZhangF，BambergE，etal.Millisecondtimescale，geneticallytargetedopticalcontrol of neural activity[J].Nat Neurosci，2005，8（9）：1263-1268.

[8]Xiang L，Gutierrez DV，Hanson MG，et al.Fast noninvasive activation and inhibition of neural and network activity by vertebrate rhodopsin and green algae channelrhodopsin[J]. Proc Natl Acad Sci U S A，2005，102（49）：17816-17821.

[9]Bi A，Cui J，Ma YP，et al.Ectopic expression of a microbialtyperhodopsinrestoresvisualresponsesinmice with photoreceptor degeneration[J].Neuron，2006，50（1）：23-33.

[10]Ishizuka T，Kakuda M，Araki R，et al.Kinetic evaluation of photosensitivity in genetically engineered neurons expressing green algae light-gated channels[J].Neurosci Res，2006，54（2）：85-94.

[11]Deisseroth K，F(xiàn)eng G，Majewska AK，et al.Next-generation optical technologies for illuminating genetically targeted brain circuits[J].J Neurosci，2006，26（41）：10380-10386.

[12]Zhang F，Wang LP，Boyden ES，et al.Channelrhodopsin-2 and optical control of excitable cells[J].Nat Methods，2006，3（10）：785-792.

[13]Yizhar O，F(xiàn)enno LE，Davidson TJ，et al.Optogenetics in neural systems[J].Neuron，2011，71（1）：9-34.

[14]Zhang F，Wang LP，Brauner M，et al.Multimodal fast optical interrogation of neural circuitry[J].Nature，2007，446（7136）：633-639.

[15]TyeKM，PrakashR，KimSY，etal.Amygdalacircuitry mediating reversible and bidirectional control of anxiety[J]. Nature，2011，471（7338）：358-362.

[16]Witten IB，Lin SC，Brodsky M，et al.Cholinergic interneurons control local circuit activity and cocaine conditioning[J]. Science，2010，330（6011）：1677-1681.

[17]GradinaruV，ThompsonKR，DeisserothK.eNpHR：a Natronomonashalorhodopsinenhanced foroptogenetic

applications[J].Brain Cell Biol，2008，36（1-4）：129-139.

[18]Busskamp V，Duebel J，Balya D，et al.Genetic reactivation of cone photoreceptors restores visual responses in retinitis pigmentosa[J].Science，2010，329（5990）：413-417.

[19]Gunaydin LA，Yizhar O，Berndt A，et al.Ultrafast optogenetic control[J].Nat Neurosci，2010，13（3）：387-392.

[20]Berndt A，Yizhar O，Gunaydin LA，et al.Bi-stable neural state switches[J].Nat Neurosci，2009，12（2）：229-234.

[21]Airan RD，Thompson KR，F(xiàn)enno LE，et al.Temporally precise in vivo control of intracellular signalling[J].Nature，2009，458（7241）：1025-1029.

[22]Geschwind D.GENSAT：a genomic resource for neuroscience research[J].Lancet Neurol，2004，3（2）：82.

[23]GongS，DoughtyM，HarbaughCR，etal.TargetingCre recombinase to specific neuron populations with bacterial artificial chromosome constructs[J].J Neurosci，2007，27（37）：9817-9823.

[24]Gong S，Zheng G，Doughty ML，et al.A gene expression atlas of the central nervous system based on bacterial artificial chromosomes[J].Nature，2003，425（6961）：917-925.

[25]Heintz N.Gene expression nervous system atlas（GENSAT）[J]. Nat Neurosci，2004，7（5）：483.

[26]Aravanis AM，Wang LP，Zhang F，et al.An optical neural interface：invivocontrol of rodentmotorcortexwith integrated fiberoptic and optogenetic technology[J].J Neural Eng，2007，4（3）：S143-S156.

[27]Iwai Y，Honda S，Ozeki H，et al.A simple head-mountable LED device for chronic stimulation of optogenetic molecules in freely moving mice[J].Neurosci Res，2011，70（1）：124-127.

[28]Royer S，Zemelman BV，Barbic M，et al.Multi-array silicon probeswithintegratedopticalfibers：light-assisted perturbation and recording of local neural circuits in the behaving animal[J].Eur J Neurosci，2010，31（12）：2279-2291.

[29]Andrasfalvy BK，Zemelman BV，Tang J，et al.Two-photon single-celloptogeneticcontrolofneuronalactivityby sculpted light[J].Proc Natl Acad Sci U S A，2010，107（26）：11981-11986.

[30]Graybiel AM，Aosaki T，F(xiàn)laherty AW，et al.The basal ganglia and adaptive motor control[J].Science，1994，265（5180）：1826-1831.

[31]Blandini F，Nappi G，Tassorelli C，et al.Functional changes of the basal ganglia circuitry in Parkinson's disease[J].Prog Neurobiol，2000，62（1）：63-88.

[32]Turner RS，Desmurget M.Basal ganglia contributions to motor control：a vigorous tutor[J].Curr Opin Neurobiol，2010，20（6）：704-716.

[33]Delong MR.Primate models of movement disorders of basal ganglia origin[J].Trends Neurosci，1990，13（13）：281-285.

[34]Iansek R，Bradshaw J，Phillips J，et al.Review article：the functions of the basal ganglia and the paradox of stereotaxic surgery in Parkinson's disease[J].Brain，1995，118（3）：1613-1617.

[35]Marsden CD.What do the basal ganglia tell premotor cortical areas[J]Ciba Found Symp，1987，132：282-300.

[36]Mink JW.Basal ganglia dysfunction in Tourette’s syndrome：a new hypothesis[J].Pediatr Neurol，2001，25（3）：190-198.

[37]KravitzAV，F(xiàn)reezeBS，ParkerPR，etal.Regulationof parkinsonian motor behaviours by optogenetic control of basal ganglia circuitry[J].Nature，2010，466（7306）：622-666.

[38]Cui G，Jun SB，Jin X，et al.Concurrent activation of striatal direct and indirect pathways during action initiation[J]. Nature，2013，494（7436）：238-242.

[39]Xin J，Tecuapetla F，Costa RM.Basal ganglia subcircuits distinctively encode the parsing and concatenation of action sequences[J].Nat Neurosci，2014，17（3）：423-430.

[40]Freeze BS，Kravitz AV，Hammack N，et al.Control of basal ganglia output by direct and indirect pathway projection neurons[J].J Neurosci，2013，33（47）：18531-18539.

[41]ChanCS，SurmeierDJ，YungWH.Striatalinformation signaling and integration in globus pallidus：timing matters[J]. Neurosignals，2005，14（6）：281-289.

[42]Tecuapetla F，Matias S，Dugue GP，et al.Balanced activity in basal ganglia projection pathways is critical for contraversive movements[J].Nat Commun，2014，5：4315.

[43]Turner RS，Desmurget M.Basal ganglia contributions to motor control：a vigorous tutor[J].Curr Opin Neurobiol，2010，20（6）：704-716.

[44]Adriana G，Thomas W.Pathophysiology of parkinsonism[J]. Clin Neurophysiol，2008，119（7）：1459-1474.

[45]管強，曹學(xué)兵，孫圣剛，等.帕金森病及異動癥大鼠模型紋狀體神經(jīng)元的電生理變化的研究[J].卒中與神經(jīng)疾病，2005，12（6）：323-325.

[46]李文娟，席悅，張巧俊，等.大鼠丘腦背內(nèi)側(cè)核神經(jīng)元在帕金森病狀態(tài)下電活動的變化[J].西安交通大學(xué)學(xué)報：醫(yī)學(xué)版，2013，34（5）：614-619.

[47]孫作厘，賈軍，虞芬，等.帕金森病基底神經(jīng)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)失衡的研究進展[J].生理科學(xué)進展，2011，42（6）：427-430.

[48]Benabid AL.Deep brain stimulation for Parkinson’s disease [J].Curr Opin Neurobiol，2003，13（6）：696-706.

[49]GradinaruV，MogriM，ThompsonKR，etal.Optical deconstruction of parkinsonian neural circuitry[J].Science，2009，324（5925）：354-359.

[50]Nybo L，Secher NH.Cerebral perturbations provoked by prolonged exercise[J].Prog Neurobiol，2004，72（4）：223-261.

[51]王大磊，劉曉莉，喬德才.大鼠力竭運動中丘腦底核和皮層神經(jīng)元電活動的變化[J].中國應(yīng)用生理學(xué)雜志，2011，27（4）：427-431.

[52]喬德才，侯莉娟，何德富，等.運動疲勞對大鼠新紋狀體神經(jīng)元電活動的影響[J].中國運動醫(yī)學(xué)雜志，2006，24（6）：676-680.

[53]喬德才，李許貞，劉曉莉，等.力竭運動過程中大鼠紋狀體神經(jīng)元局部場電活動的動態(tài)研究[J].中國運動醫(yī)學(xué)雜志，2012，31（10）：855-860.

[54]侯莉娟，林然，劉曉莉，等.一次性力竭運動對大鼠蒼白球外側(cè)部神經(jīng)元自發(fā)放電活動的影響[J].西安體育學(xué)院學(xué)報，2015，2：196-200.

[55]侯莉娟，胡榮光，劉曉莉，等.大鼠GPi/SNr神經(jīng)元在運動性中樞疲勞發(fā)生中的調(diào)控作用[J].北京體育大學(xué)學(xué)報，2013（5）：44-48.

[56]胡琰茹，喬德才，劉曉莉.力竭運動過程中大鼠蒼白球內(nèi)側(cè)部對皮層的調(diào)控作用[J].中國運動醫(yī)學(xué)雜志，2013，32（5）：420-425.

[57]喬德才，劉軍，劉曉莉.運動疲勞的中樞機制研究進展——基于基底神經(jīng)節(jié)-皮層環(huán)路紊亂的視角[J].北京體育大學(xué)學(xué)報，2014（2）：51-58.

2016.03.08

國家自然科學(xué)基金資助項目（31571221），北京市自然科學(xué)基金資助項目（5142012）

喬德才，Email：decaiq@bnu.edu.cn