徐瓏玲 周逸峰 徐光威

（中國科學技術大學生命科學與醫(yī)學部，合肥 230026）

近年來，青少年日常飲食中對單糖的攝入越來越高［1］，而已經有很多研究證明，高糖飲食（high sugar diet，HSD） 會引起肥胖 等 健康問題［2-3］，更為嚴重的是HSD會對青少年大腦產生諸多危害，對青少年的感知造成損傷［4-5］。

視覺系統(tǒng)是人類感知外部世界最重要的窗口之一，人類超過80%的信息都來自于視覺系統(tǒng)［6］。視覺系統(tǒng)從視網膜接收外部視覺刺激，通過視神經傳遞到外側膝狀體最后到達視覺皮層［7］。其中，視覺中樞皮層作為大腦皮層中負責處理視覺信息最主要的部分，對青少年的感知能力至關重要［8］。

目前已經有不少研究證實，HSD 會對視覺功能造成損傷，如Bejarano 等［9］表明，HSD 會導致晚期糖基化終產物（advanced glycationend products，AGEs）的積累，誘導眼組織功能障礙和眼部疾病。Zhou等［10］探究了高血糖水平影響視網膜神經節(jié)細胞的視覺反應特性，結果顯示，高血糖水平降低了視網膜神經節(jié)細胞（retinal ganglion cell，RGC）的感受野中心尺寸，抑制了亮度閾值，并衰減了對比度增益。Farnoodian 等［11］報道，高血糖條件下，視網膜色素上皮細胞（retina pigment epithelium，RPE）遷移和增殖加快，導致增殖性玻璃體視網膜病變，視網膜變性與脫離以及視網膜外層血液屏障破壞。但是目前所報道的對于視覺功能的損傷基本聚焦在視覺系統(tǒng)通路的前端，HSD對視覺中樞的影響及其機制還未曾有過報道。Pérez-Corredor等［12］證實，HSD會對青少年的海馬區(qū)域產生損傷，由于海馬與視覺皮層發(fā)育的同源性，推測HSD 可能會損傷視覺中樞皮層，進而影響視覺功能。對糖尿病的研究表明，糖尿病在誘發(fā)視網膜病變之前，就對視覺皮層產生了損傷［13］，這表明高血糖會對視覺中樞產生影響。

為了探究HSD 對視覺中樞的影響，本文選擇青年小鼠初級視覺皮層（V1）作為研究對象。V1是視覺中樞的第一站，接受來自視網膜到外膝體視覺信息的輸入，并將視覺信息處理加工后傳遞到更為高級的視覺皮層，在視覺信息處理中處于關鍵地位［14］。方位調諧能力是初級視覺皮層最為典型的特征［15］，是視覺感知中方位辨別的基礎，決定了動物對物體邊界的識別、輪廓感知。本研究通過探究HSD 對青年小鼠初級視覺皮層單個神經元感受野和群體信息處理能力的影響，發(fā)現(xiàn)HSD 減弱了視覺中樞對視覺信息的處理能力，揭示出HSD 損傷視覺功能的可能視覺中樞機制。

1 材料與方法

1.1 動物

本試驗采用野生型（c57BL/6，WT）雄性小鼠（年齡：3 周；體重：（18±2）g），按照標準飼養(yǎng)動物按照12 h∶12 h的光照∶黑暗循環(huán)，飼養(yǎng)于恒溫（23～25℃）恒濕（60%）的無特定病原體（specific pathogen free，SPF）環(huán)境，除了在行為學訓練和測試期間，食物和水自由獲得。

1.2 飲食

適應1周后，小鼠被隨機均分為兩組。對照組（n=40）：0%單糖含量的飼料喂養(yǎng)；HSD 組（n=40）：25%單糖含量的飼料喂養(yǎng)。兩組飼料總熱量和三大物質（蛋白質、脂肪、碳水）組成基本相同，只是在碳水結構上有所差異。0%飼料的單糖熱量占比為0%，與普通飼料的成分接近；25%飼料單糖（葡萄糖∶果糖=1∶1）熱量占比25%，模仿青少年喜愛的含糖飲料的成分。所有飼料均購自南京特洛菲。兩組小鼠從斷乳后飼喂不同飼料，貫穿整個實驗過程。期間，小鼠自由獲得食物和水。

1.3 代謝指標檢測

糖誘導疾病相關的代謝指標，包括體重、葡萄糖耐量試驗（ⅠPGTT）和胰島素耐量試驗（ⅠTT）。

1.3.1 體重檢測

自小鼠適應1 周后（年齡：4 周）開始，按照兩周1 次的頻率，監(jiān)測兩組中每只小鼠的體重變化，持續(xù)8周。

1.3.2 腹腔注射葡萄糖耐量試驗（ⅠPGTT）和胰島素耐量試驗（ⅠTT）

小鼠喂養(yǎng)至成年時（年齡：8～9周）開始對兩組小鼠進行腹腔葡萄糖耐量試驗（對照組：n=10，HSD 組：n=10）和胰島素耐量試驗（對照組：n=10，HSD組：n=9），兩次實驗間隔1周，計算曲線下面積定量評估葡萄糖耐受和胰島素耐受情況。

腹腔注射葡萄糖耐量試驗和胰島素耐受試驗根據(jù)文獻報道的方法進行［16-17］。在注射葡萄糖耐量試驗中，禁食前，將小鼠轉移到潔凈籠內并做好編號標記，防止舊籠內有食物殘留，小鼠在籠內可以自由獲取水源。小鼠隔夜禁食（22:00～次日8:00），測試時按照1 g/kg腹腔注射20%的葡萄糖溶液。每一只鼠更換注射器。采用尾靜脈取血，使用鋒利的剪刀剪斷約1 mm的鼠尾尖，剪刀在使用前需酒精消毒。在0、15、30、60、90、120 min 分別測量血糖。在進行血糖測定之前，需要擦除第一滴血液，以免溶血或污染的血液影響測試結果準確性。在胰島素耐受試驗中，分籠禁食5 h （10:00～15:00），期間小鼠在籠內自由獲取水。按照0.75 U/kg腹腔注射胰島素。尾靜脈取血，在0、15、30、45、60 min測量血糖。

1.4 行為學檢測

1.4.1 手術

行為學需要固定小鼠頭部，因此需要在小鼠頭部進行貼片。將小鼠稱重后按照20 μl/g 的劑量腹腔注射三溴乙醇進行麻醉，頭部和嘴部分別用耳桿和嘴夾進行固定。消毒后的手術剪剪去頭部部分皮毛，用雙氧水去除小鼠顱骨表面的結締組織，充分暴露顱骨表面，將組織膠涂抹在創(chuàng)口處，止血并閉合傷口。利用牙科丙烯酸樹脂將鈦合金貼片固定于顱骨上。術后將小鼠放在電熱毯上進行恢復至其蘇醒重新放入SPF環(huán)境恢復1周，在此期間小鼠自由獲取水和食物。

1.4.2 GO/NO-GO方位辨別任務

小鼠貼片恢復1周后，將小鼠放入行為學實驗間適應1周，并調整其晝夜節(jié)律，按照黑暗（8:00 ～22:00）光照（22:00～次日8:00）進行調整。調整1周后，限制小鼠飲水，保證小鼠的最低飲水量為1 ml/d，維持小鼠正常生命活動的需要。小鼠在限水初始體重會下降，待其體重下降到初始體重的80%時開始進行行為學訓練（對照組：n=10，HSD組：n=9）［18］，具體方法見文檔S1。

1.5 在體多通道麻醉電生理

1.5.1 手術

用異氟烷麻醉小鼠后，通過耳夾、嘴夾將小鼠頭部固定在電生理架上，手術剪消毒后剪去頭部表面皮毛，剪開小鼠頭皮。通過立體定位儀定位，找到小鼠兩側的V1皮層（前囟往后3.5 mm，中縫左右2.5 mm）所在位置，將多通道電極植入到小鼠V1。

1.5.2 在體多通道電生理記錄

在與小鼠頭部夾角45°、垂直于小鼠單側眼30 cm 處的地方放置CRT 顯示屏（Sony Multi Scan G 220，Sony），呈現(xiàn)漂移的光柵作為視覺刺激，用1×32 線性陣列電極（A1×32，poly 2，electrode array width-50 μm， site area 177 μm2， Neuro Nexus，Ann Arbor，MⅠ，USA；ASSY-37-32-5，8.3 mm， Acute 32 channel assembly，LOTUSBⅠOCHⅠPS，Diagnostic biochips，USA）對小鼠視皮層進行神經元的胞外電生理記錄。所有神經信號經過前端放大器的濾波和放大（截止頻率為10 kHz，1 000 Blackrock，Salt Lake City，UT，USA）傳遞至神經信號處理系統(tǒng)（采樣頻率為30 kHz，16 bit，Blackrock），神經信號處理系統(tǒng)將所記錄的電信號轉化為數(shù)字信號并被保存。

1.6 視網膜檢測

1.6.1 眼底微血管檢查

腹腔注射三溴乙醇麻醉小鼠后，將阿托品滴在小鼠眼睛上，等待3 min，小鼠瞳孔完全散開后，用歐堡眼底照相儀檢測小鼠眼底微血管病變情況。

1.6.2 蘇木精-伊紅（HE）染色

具體內容見文檔S1。

1.7 統(tǒng)計和數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)結果使用Offline Sorter x64 V3 軟件，通過波形特征（峰值、面積、谷值、峰谷比、峰寬等）手動分選和識別單個unit，使用Matlab 工具包、 NeuroExplorer5x64 進 行 擬 合、 分 析，GraphPad Prism 9進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，采用非配對雙尾t檢驗（unpaired two-tailedt-test），曼惠特尼u 檢驗（Mann-Whitneyu-test），ANOVA 分析，顯著性水平α設定為0.05，當P值小于0.05 被認為具有顯著差異。本實驗分析了高糖飲食組和對照組的神經元反應強度、初級視覺皮層單個神經元的方位選擇性、信噪比、反應變異性以及了多神經元放電活動（multi-unit activity，MUA）水平上的信噪比和反應變異性、噪音相關性。計算方法見文檔S1。

2 結 果

2.1 HSD造成青年小鼠體重上升、葡萄糖、胰島素耐受性下降

從小鼠出生后4周開始喂養(yǎng)高糖飼料，喂養(yǎng)至12～13周時通過腹腔注射葡萄糖耐量檢測（ⅠPGTT）和胰島素耐量檢測（ⅠTT）檢測小鼠葡萄糖耐受性和胰島素抵抗功能的變化，喂養(yǎng)期間每間隔兩周對小鼠的體重進行稱重直至成年（圖1a）。經過2 個月的喂養(yǎng)之后，兩組小鼠在體重、葡萄糖耐受性和胰島素耐受性方面均出現(xiàn)不同程度的改變。相比于對照組，HSD組小鼠的體重上升較快（圖1b），并且成年后的體重明顯高于對照組（圖1c）。為了探究小鼠的糖代謝能力是否發(fā)生了改變，通過腹腔注射葡萄糖耐量試驗檢測了兩組小鼠葡萄糖耐受，胰島素耐受試驗檢測了胰島素耐受的情況。統(tǒng)計結果顯示，HSD 組小鼠的葡萄糖耐受性、胰島素耐受性均出現(xiàn)了下降（圖1d～g），但遠未達到糖尿病水平［13］。這些結果說明，HSD 確實會導致小鼠體重上升，引起葡萄糖耐受性、胰島素耐受性下降等代謝問題，但遠未達到糖尿病的標準，排除了后期視覺功能的變化是由于糖尿病損傷造成。

2.2 HSD造成小鼠方位辨別能力下降

為了探究HSD 對視覺方位辨別能力是否造成影響，在喂養(yǎng)小鼠至3個月大時，采用GO/NO-GO舔水實驗檢測兩組小鼠方位辨別能力是否發(fā)生改變（圖2a）。在本研究中，兩組同齡小鼠接受了GO/NO-GO 舔水任務訓練。結果表明，相比于對照組小 鼠 的d'值（1.27±0.24），HSD 組 的 小 鼠d'值（0.67±0.08）明顯下降（圖2c）。這表明，HSD 會引起行為學層面上小鼠方位辨別能力的下降。為了探究HSD 引起的小鼠方位辨別能力是否與視網膜損傷有關，檢測了小鼠視網膜的微血管是否出現(xiàn)了損傷，并在測試結束后進行了視網膜切片HE 染色，進一步檢測小鼠視網膜是否出現(xiàn)了病變。結果顯示，HSD 組小鼠的視網膜對比于對照組小鼠的視網膜的各個細胞層的厚度沒有出現(xiàn)顯著差異（圖2b，d）。

2.3 HSD造成小鼠初級視覺皮層神經元方位選擇性下降

為了探究HSD 引起小鼠方位辨別能力下降的神經元層面的機制，通過在體電生理技術，檢測小鼠初級視覺皮層單個神經元的活性以及方位調諧能力（圖3a）。不同朝向的光柵刺激會使視皮層神經元產生不同強度的反應，這種響應差異被稱為方位調諧。如果刺激圖形的朝向與神經元的偏好方位相同，那么此時的神經元反應最為強烈，如果刺激圖形的朝向與神經元的偏好方位垂直，那么神經元反應最弱（圖3b）。結果發(fā)現(xiàn)，相比于對照組，HSD組小鼠的自發(fā)放升高而在最優(yōu)視覺刺激下反應活性降低（圖3c，d），表明HSD 改變了靜息狀態(tài)下視覺皮層神經網絡的平衡以及對視覺刺激的反應強度。采用方位偏好指數(shù)（orientation bias index，OB）表征細胞方位調諧能力的強弱，OB值越大，說明細胞方位調諧能力越強。反之，OB值越小，細胞方位調諧能力越差。在對照組和實驗組中分別獲得323 和555 個神經元進行分析，結果顯示，與對照組相比，HSD 組的OB顯著下降（圖3e，f），這表明HSD 損傷了初級視覺皮層單個神經元的方位調諧能力。

Fig.2 The orientation discrimination ability decreased in mice by a high-sugar diet

Fig.3 Receptive field properties of neurons in primary visual cortex by electrophysiology recording in vivo

2.4 HSD降低了小鼠初級視覺皮層神經元的信息傳遞能力

方位調諧能力的下降可能與神經元信息傳遞能力有關。單個神經元接受相同的刺激時產生的放電頻率并非完全一致，因此其在傳遞信息中就會產生噪音（圖4a），也稱為反應變異性，用法諾因子（Fano factor，F(xiàn)F）衡量，法諾因子越大，反應變異性越大。神經元準確提取并傳遞信息的能力就稱為信噪比（signal-noise ratio，SNR），對于一些差異較小的刺激的分辨能力就會降低，這也是方位辨別能力下降的一個重要因素。本文比較了兩組小鼠初級視覺皮層單個神經元反應變異性、信噪比。結果顯示，HSD 組小鼠的反應變異性明顯上升，信噪比明顯下降（圖4b，c）。同樣，分析了群體神經元的信息處理能力是否發(fā)生改變。用多神經元活動（multi-unit activity，MUA）反應群體神經元反應變化。多單位放電活動是所記錄到的局部神經元的信號總和，能反映一定范圍內神經元群體的特征。結果顯示，相比于對照組小鼠，HSD 組小鼠的多神經元上信噪比下降（圖4d），反應變異性上升（圖4e）。這些結果說明，HSD降低了小鼠初級視覺皮層單個神經元和神經元群體的信息處理能力。

Fig.4 Information processing ability of neurons in the V1

2.5 HSD導致小鼠初級視覺皮層神經元之間噪音相關性上升

上述結果提到初級視覺皮層單個神經元以及群體神經元的反應變異性升高，而反應變異性的升高來源于神經元之間噪音的增強。噪音相關性（spike count correlation，RSC），提供了神經元對不同刺激類型平均反應的相似性指數(shù)，表明神經元之間的反應變異性的相似性［19］。噪音相關性決定了視覺皮層的高精度編碼［20-21］。鑒于多個神經元噪音相關性升高與群體神經元信息編碼能力之間的聯(lián)系，本文接下來評估了HSD 小鼠和對照組小鼠噪音相關性的變化?；诙嗤ǖ谰€性電極陣列的記錄位點，從HSD 組小鼠中獲得了2 594 個神經元對，從對照組小鼠中獲得了5 539 個神經對。每對神經元之間的距離由它們在電極陣列距離決定。結果顯示，HSD 組的小鼠的噪音相關性明顯升高（圖5a），且這種變化體現(xiàn)在不同距離上（圖5b）。

3 討 論

本研究使用了GO/NO-GO 行為學范式、在體多通道電生理記錄等實驗技術，探究了HSD 對青年小鼠V1 的影響及其機制。行為學的結果表明，HSD 降低了青年小鼠方位辨別能力。通過在體多通道電生理技術對小鼠V1 神經元的發(fā)放速率分析后發(fā)現(xiàn)，HSD導致青年小鼠V1單個神經元自發(fā)活動水平明顯上升而視覺刺激誘發(fā)反應明顯減弱，神經元的方位調諧能力變差，反應變異性增大、信噪比降低，群體神經元的反應變異性增大、信噪比下降，神經元對之間的噪音相關性上升，神經網絡的信息處理能力下降。綜上所述，HSD 損傷了青年小鼠V1 的神經元感受野特性和信息處理能力，進一步影響了行為學水平上小鼠方位辨別的能力。

前人關于HSD 對視覺通路影響的研究多是集中在視覺系統(tǒng)前端，目前還未有關于HSD 對視覺中樞影響的相關報道。本文將目光集中在視覺中樞的第一站——V1，探究HSD 對V1 的影響及其機制。

行為學的結果表明，HSD 組的小鼠方位辨別能力出現(xiàn)了明顯的下降，會影響小鼠對物體邊界的識別和輪廓感知。通過檢查小鼠眼底微血管以及對小鼠眼球HE切片染色都表明HSD引起的方位辨別能力的下降并非是由于視網膜病變引起的，確定了引起這種變化的原因來自于視覺神經系統(tǒng)，這與實驗室前人研究中所提到的在早期糖尿病小鼠中未觀察到視網膜病變是一致的［22］。同樣的，實驗室前人的研究表明，在對早期糖尿病高血糖小鼠的LGN 的在體電生理記錄結果分析顯示LGN 神經元反應特性沒有發(fā)生顯著變化［22］。Bejarano 等［9］表明，HSD 會導致晚期糖基化終產物的積累，誘導眼組織功能障礙和眼部疾病，F(xiàn)arnoodian 等［11］報道高血糖條件下，視網膜色素上皮細胞（RPE）細胞遷移和增殖加快，導致增殖性玻璃體視網膜病變，視網膜變性與脫離以及視網膜外層血液屏障破壞，然而本文的結論與他們的結論有所差異。這可能是由于HSD 進行的時間以及劑量不同造成，本文對小鼠進行高糖喂養(yǎng)的時間只有8周，且單糖含量只占食物總熱量的25%，而他們的研究都經歷了比較長的周期且飲食中給予的單糖的含量遠遠超過25%，血糖水平遠遠超過本研究中小鼠的血糖水平。此外，有研究報道，在糖尿病高血糖小鼠中視神經節(jié)細胞的損傷和丟失通常發(fā)生在糖尿病持續(xù)3個月以后，甚至更長時間［23-24］。由于微血管損傷的檢測以及視網膜組織切片HE染色只能證明眼球結構系統(tǒng)未出現(xiàn)異常，不足以證明是視網膜感光細胞和視神經節(jié)細胞的生理功能正常，因而還需后續(xù)實驗進行驗證。

Fig.5 Neuronal noise correlation of primary visual cortex (V1)

上述結果表明，造成小鼠方位辨別能力降低的原因主要來自于視覺中樞。方位選擇性作為V1 的重要特性之一，小鼠方位辨別精度的降低更加提示HSD 損傷了小鼠V1 的可能性。通過對V1 在體多通道電生理信號記錄與分析，證實了HSD 改變了小鼠V1 單個神經元反應強度、感受野特征、神經元群體乃至神經元網絡信息編碼和處理能力。單個神經元的自發(fā)反應增強而視覺刺激誘發(fā)發(fā)應減弱，OB顯著下降。

感覺神經網絡中，單個神經元在接收重復刺激期間的放電的穩(wěn)定性是高效、可靠傳遞信息的保證。反應變異性會對神經元自身編碼信息以及傳遞信息的效率產生影響［25］。當反應變異性較小時，所接收的信息會被編碼到更為精確的發(fā)放序列中，進而提高傳遞信息效率。但當反應變異性大時，將信息在大腦中進行疊加平均會更耗時，視覺信息在視覺系統(tǒng)處理過程中損失更大，最終導致傳遞效率下降［26］。在自發(fā)反應增高的同時，視覺誘發(fā)反應下降會導致信噪比的降低，會影響神經元的信息處理能力，降低信息傳輸?shù)谋Ｕ娑龋瑢е乱曈X感知進一步受損［27］。電生理結果顯示，V1區(qū)神經元的反應變異性升高而信噪比下降，表明HSD 確實影響了青年小鼠V1 神經元的信息處理能力。單個神經元的功能不足以反映整體水平上的視覺感知，于是進一步分析了神經元之間的協(xié)同信息處理的能力。本文檢測了神經元群體排除噪音的能力——噪音相關性的改變，并在電極上不同位點分析了不同物理距離上神經元對之間的噪音相關性大小變化。噪音相關性是皮層神經元是神經網絡信息處理能力的直接影響因素，直接影響小鼠的神經元信息編碼精度。前人的研究已經證實，噪音相關性限制了神經元群體編碼的信息量，從而導致信息的丟失影響個人對相似感官刺激的辨別能力［28］。本研究結果表明，HSD小鼠的V1神經元對間的噪音相關性出現(xiàn)了明顯上升，并且這種上升體現(xiàn)在不同物理距離上。這說明HSD 導致神經元群體排除噪音的能力減弱，協(xié)同處理視覺信息的能力減弱。在MUA上的結果也支持了這一點。本文發(fā)現(xiàn)MUA的反應變異性升高、信噪比降低。MUA 是所記錄到的多個神經元的信號總和，能反映一定范圍內群體神經元的信息處理能力［29-30］。這與前人在早期糖尿病高血糖小鼠中觀察到的結果具有一致性［22］。神經元層面上感受野特性和信息處理能力的改變與小鼠在行為學層面表現(xiàn)出的方位辨別能力下降不謀而合，證實了HSD 確實損傷了青年小鼠的V1 的功能特性，并最終影響了動物個體的視覺感知。

之前在青老年獼猴的研究中，Schmolesky等［31］發(fā)現(xiàn)，老化導致初級視皮層神經元的活性升高，方位方向調諧能力退化。Yu等［32］發(fā)現(xiàn)，次級視皮層神經元的活性出現(xiàn)顯著性增加的同時，方位選擇性降低，并且強方位方向選擇性神經元的比例降低。本實驗室先前在青老年獼猴上的研究表明，老年獼猴的初級視覺皮層和中顳視區(qū)（MT）神經元的反應變異性增加，反應變異性增加，且前人研究表明衰老動物中初級視覺皮層、次級視皮層、中顳視區(qū)神經元的信噪比出現(xiàn)了顯著下降［32-33］。γ氨基丁酸能（GABAergic）系統(tǒng)的衰退是視覺系統(tǒng)老化的關鍵特征。在人類與非人靈長類的磁共振成像研究中表明，隨著年齡的增長，大腦內側前額葉、頂葉、后扣帶回皮質的GABA 水平下降［34-35］。Leventhal等［36］利用微電泳，通過在老年獼猴視皮層進行局部施加GABA 及GABA 受體激動劑，他們發(fā)現(xiàn)視皮層神經元的方位、方向選擇性改善明顯，同時視皮層神經元達到“再年輕化”，在青年獼猴視皮層局部施加GABA及GABA受體拮抗劑，觀察到神經元的方位、方向選擇性變差。此后，有大量的研究證實了衰老動物中GABA 能抑制系統(tǒng)出現(xiàn)了衰退。本研究發(fā)現(xiàn)，神經元自發(fā)反應升高、變異性增加、方位調諧能力減弱，提示可能與抑制系統(tǒng)的衰退存在聯(lián)系，HSD可能加速了V1皮層的衰老，或存在與衰老相同的分子機制。當然這些推斷都需要實驗進一步去證實。

本研究同時對視網膜和視覺皮層進行了檢測，沒有在視網膜上觀察明顯的結構性病理變化，卻在視覺皮層看到神經元功能的損失，這或許初步說明HSD 對視覺中樞的影響要強于外周視覺系統(tǒng)，至少在較早的階段是這樣的。這種看法還需要進一步對外側膝狀體進行研究比較后才能最終確定。

前人關于HSD 研究中大部分單糖含量過高而遠遠超過人類日常生活中可能攝入的糖含量，而本文使用的高糖飼料是模擬青少年所喜愛的含糖飲料的成分，所使用的單糖含量是在模擬喜愛含糖飲料的人們日?？赡軘z入的高糖食物的含量在小鼠中的轉化，更能模擬人類日常生活中對單糖的攝入情況，因此實驗結果更具現(xiàn)實意義。

總之，這些結果表明，HSD 中的青年小鼠初級視覺皮層的單個神經元的反應特性以及神經網絡信息處理能力受到了損傷，進而影響小鼠個體水平上的方位辨別能力。本研究證實了HSD 會對青少年的大腦皮層產生不利影響，對以前研究中證明HSD會影響大腦核團的研究做了皮層方面的補充，也為HSD 對青少年視覺通路的影響增添了新證，為進一步探究高糖飲食對V1 和其他腦區(qū)的影響提供了機制上的見解。

4 結 論

在本課題的研究中，通過定制的高糖飼料（單糖含量為25%，葡萄糖∶果糖=1∶1，均為熱量比值）喂養(yǎng)出生后4周的小鼠直至小鼠青年階段（約12～15 周），使用GO/NO-GO 行為學范式結合在體多通道電生理技術，探究了HSD 對青年小鼠方位辨別精度的影響及其機制。首先，將C57/BL 雄性小鼠隨機分為兩組，并喂養(yǎng)不同單糖含量的定制飼料，兩組小鼠的飼料總熱量完全一致，只是在碳水結構做了相應調整。在喂養(yǎng)期間，每隔2周給每組小鼠稱體重，并在喂養(yǎng)2月后檢測小鼠的葡萄糖耐受和胰島素耐受的變化情況，發(fā)現(xiàn)HSD 喂養(yǎng)的小鼠體重上升較快，葡萄糖耐受和胰島素耐受均出現(xiàn)了下降。代謝指標檢測完成后，利用GO/NO-GO行為學范式探究了高糖喂養(yǎng)2～3月的青年小鼠個體水平上方位辨別能力是否發(fā)生改變，發(fā)現(xiàn)其方位辨別能力相較于正常飲食組小鼠出現(xiàn)了明顯下降，這一變化表明HSD降低了青年小鼠的方位辨別精度。隨后，利用在體多通道電生理技術，對V1 的神經元進行了胞外電生理記錄，分析了神經元的反應特性，結果顯示HSD 喂養(yǎng)的青年小鼠初級視覺皮層神經元的方位選擇性出現(xiàn)了明顯下降，皮層神經元的自發(fā)反應明顯增大而視覺誘發(fā)反應也低于正常小鼠。進一步分析了神經元信息編碼和處理能力的變化，結果顯示，相比于正常小鼠，HSD 喂養(yǎng)的小鼠的單個神經元以及群體神經元的反應變異性上升并伴隨著信噪比的降低，并且神經元對之間的噪音相關性顯著上升。這些結果表明，HSD 改變了小鼠的神經元反應特性以及單個神經元和群體神經元的信息編碼和處理能力。由于本研究只從功能方面探究了HSD對青年小鼠V1神經元的影響，沒有對神經元的結構、突觸連接進行研究，其背后的分子機制還未揭示。因此，在以后的探究中，將進一步加強在這些方面的研究與論證。

附件見本文網絡版（http://www.pibb.ac.cn或http://www.cnki.net）：

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