鼠類家居行為活動觀測箱在神經系統感染與認知能力聯系研究的應用
即使是在大腦康復后，大腦中曾經歷過的細菌感染也會產生持久的影響。在這篇文章中，我們將看到一項使用鼠類家居行為活動觀測箱和認知墻來研究這種認知障礙背后的機制。
細菌感染對我們的身體是有害的，尤其是在中樞神經系統（CNS）中，感染會導致認知能力下降。最近的一項研究表明，中樞神經系統感染會增加患癡呆癥的風險[1]。神經系統損傷的一個關鍵原因是對感染的炎癥反應。在本博客中，我們將探討Cassidy及其同事的一篇研究論文，該論文旨在使用鼠類家居行為活動觀測箱和認知墻[2]來探索這些神經并發癥的潛在機制。
用小鼠模型研究腦感染
在這項研究中，Cassidy等人將李斯特菌（Lm）注射到八周大的小鼠體內。Lm是一種侵入大腦的食源性細菌，感染后會引起神經系統并發癥。
研究人員給D57BL/6J小鼠注射磷酸鹽緩沖鹽水或含有Lm菌株的PBS。在這個實驗中使用了兩種不同的Lm菌株。第一種是Lm 10403s菌株（在沒有抗生素治療的情況下對小鼠是致命的），以及一種編碼李斯特菌素O的基因缺失的突變菌株。這種突變體不會侵入大腦。注射后，給小鼠提供抗生素。
認知墻用于評估小鼠的認知能力。使用動物運動軌跡跟蹤系統在鼠類家居行為活動觀測箱中觀察小鼠。鼠類家居行為活動觀測箱和動物運動軌跡跟蹤系統的結合使研究人員能夠觀察動物并進行測試，且無需處理動物，從而將人類的影響降至最低。
如何測試學習行為？
認知墻是鼠類家居行為活動觀測箱的附加項，用于評估辨別學習和反向學習。認知墻包含三個洞，小鼠可以進入這些洞來獲得食物獎勵。當小鼠通過正確的洞進入該區域時，它會獲得食物獎勵。小鼠移動的記錄和食物獎勵的分配都由動物運動軌跡跟蹤系統使用試驗和硬件控制模塊進行控制。
入口的數量或正確響應的任何組合都可以編程到系統中。Cassidy等人還改變了實驗方案，以測試老鼠是否能夠消除先前學習的行為，并學會如何獲得新的獎勵。反向學習更為復雜，因為它涉及多個大腦區域，如海馬體、杏仁核、眶額皮層和背側紋狀體。
細菌感染導致認知能力下降
Cassidy及其同事能夠證明，從Lm感染中康復的小鼠在學習和消除學習任務方面的表現都較低。盡管早在感染后一個月就顯示出輕微的差異，但最顯著的結果是在感染后四個月觀察到的。此外，與變異毒株相比，神經侵襲性毒株的認知能力下降最為嚴重。這是由于持續的神經元炎癥。
與對照組相比，注射變異毒株的小鼠表現出認知能力下降。其潛在機制很可能與系統性細胞因子對感染的反應有關。研究人員沒有進一步探討這一點，但確實表明認知能力下降不僅僅是由細菌向大腦的細胞滲透引起的。
有趣的是，感染神經侵襲性Lm的小鼠表現出運動減少，這也是最近在患有認知障礙的人類身上觀察到的。
加深對大腦感染的理解
對不同菌株的Lm進行更多的實驗很重要，尤其是一種在不侵入大腦的情況下引起大腦炎癥的菌株。此外，有必要進行更廣泛的研究，觀察更多樣化的小鼠年齡組和性別（因為研究中只使用特定年齡的雄性小鼠）。
了解和測量這些感染對認知功能影響的能力是識別不同感染如何通過神經毒性作用影響大腦的關鍵一步。這些信息對于開發有效的治療方法以最大限度地減少感染后認知能力下降至關重要。
參考文獻
[1] Sipilä, P.N.; Heikkilä, N.; Lindbohm, J.V.; Hakulinen, C.; Vahtera, J.; Elovainio, M.; Suominen, S.; Väänänen, A.; Koskinen, A.; Nyberg, S.T.; et al. Hospital-Treated Infectious Diseases and the Risk of Dementia: A Large, Multicohort, Observational Study with a Replication Cohort. Lancet Infect. Dis. 2021, 21, 1557–1567, doi:10.1016/S1473-3099(21)00144-4.
[2]Cassidy, B.R.; Logan, S.; Farley, J.A.; Owen, D.B.; Sonntag, W.E.; Drevets, D.A. Progressive Cognitive Impairment after Recovery from Neuroinvasive and Non-Neuroinvasive Listeria Monocytogenes Infection. Front. Immunol. 2023, 14.
細菌感染對我們的身體是有害的，尤其是在中樞神經系統（CNS）中，感染會導致認知能力下降。最近的一項研究表明，中樞神經系統感染會增加患癡呆癥的風險[1]。神經系統損傷的一個關鍵原因是對感染的炎癥反應。在本博客中，我們將探討Cassidy及其同事的一篇研究論文，該論文旨在使用鼠類家居行為活動觀測箱和認知墻[2]來探索這些神經并發癥的潛在機制。
用小鼠模型研究腦感染
在這項研究中，Cassidy等人將李斯特菌（Lm）注射到八周大的小鼠體內。Lm是一種侵入大腦的食源性細菌，感染后會引起神經系統并發癥。
研究人員給D57BL/6J小鼠注射磷酸鹽緩沖鹽水或含有Lm菌株的PBS。在這個實驗中使用了兩種不同的Lm菌株。第一種是Lm 10403s菌株（在沒有抗生素治療的情況下對小鼠是致命的），以及一種編碼李斯特菌素O的基因缺失的突變菌株。這種突變體不會侵入大腦。注射后，給小鼠提供抗生素。
認知墻用于評估小鼠的認知能力。使用動物運動軌跡跟蹤系統在鼠類家居行為活動觀測箱中觀察小鼠。鼠類家居行為活動觀測箱和動物運動軌跡跟蹤系統的結合使研究人員能夠觀察動物并進行測試，且無需處理動物，從而將人類的影響降至最低。
如何測試學習行為？
認知墻是鼠類家居行為活動觀測箱的附加項，用于評估辨別學習和反向學習。認知墻包含三個洞，小鼠可以進入這些洞來獲得食物獎勵。當小鼠通過正確的洞進入該區域時，它會獲得食物獎勵。小鼠移動的記錄和食物獎勵的分配都由動物運動軌跡跟蹤系統使用試驗和硬件控制模塊進行控制。
入口的數量或正確響應的任何組合都可以編程到系統中。Cassidy等人還改變了實驗方案，以測試老鼠是否能夠消除先前學習的行為，并學會如何獲得新的獎勵。反向學習更為復雜，因為它涉及多個大腦區域，如海馬體、杏仁核、眶額皮層和背側紋狀體。
細菌感染導致認知能力下降
Cassidy及其同事能夠證明，從Lm感染中康復的小鼠在學習和消除學習任務方面的表現都較低。盡管早在感染后一個月就顯示出輕微的差異，但最顯著的結果是在感染后四個月觀察到的。此外，與變異毒株相比，神經侵襲性毒株的認知能力下降最為嚴重。這是由于持續的神經元炎癥。
與對照組相比，注射變異毒株的小鼠表現出認知能力下降。其潛在機制很可能與系統性細胞因子對感染的反應有關。研究人員沒有進一步探討這一點，但確實表明認知能力下降不僅僅是由細菌向大腦的細胞滲透引起的。
有趣的是，感染神經侵襲性Lm的小鼠表現出運動減少，這也是最近在患有認知障礙的人類身上觀察到的。
加深對大腦感染的理解
對不同菌株的Lm進行更多的實驗很重要，尤其是一種在不侵入大腦的情況下引起大腦炎癥的菌株。此外，有必要進行更廣泛的研究，觀察更多樣化的小鼠年齡組和性別（因為研究中只使用特定年齡的雄性小鼠）。
了解和測量這些感染對認知功能影響的能力是識別不同感染如何通過神經毒性作用影響大腦的關鍵一步。這些信息對于開發有效的治療方法以最大限度地減少感染后認知能力下降至關重要。
參考文獻
[1] Sipilä, P.N.; Heikkilä, N.; Lindbohm, J.V.; Hakulinen, C.; Vahtera, J.; Elovainio, M.; Suominen, S.; Väänänen, A.; Koskinen, A.; Nyberg, S.T.; et al. Hospital-Treated Infectious Diseases and the Risk of Dementia: A Large, Multicohort, Observational Study with a Replication Cohort. Lancet Infect. Dis. 2021, 21, 1557–1567, doi:10.1016/S1473-3099(21)00144-4.
[2]Cassidy, B.R.; Logan, S.; Farley, J.A.; Owen, D.B.; Sonntag, W.E.; Drevets, D.A. Progressive Cognitive Impairment after Recovery from Neuroinvasive and Non-Neuroinvasive Listeria Monocytogenes Infection. Front. Immunol. 2023, 14.
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