如何用彩色迷宮破解阿爾茨海默癥奧秘？

有研究表明，阿爾茨海默癥（AD）的病理不僅限于大腦，還延伸到視網(wǎng)膜。視網(wǎng)膜病變似乎反映出大腦中的疾病。臨床上，與健康人相比，AD患者的色彩和對(duì)比敏感度均顯著受損。事實(shí)上，視力障礙是這些患者最早出現(xiàn)的癥狀之一，尤其是對(duì)比敏感度的喪失和色覺改變。

本文研究者創(chuàng)建了一種新型視覺刺激四臂迷宮(ViS4M)，專門用于檢測小鼠的視力變化，旨在評(píng)估小鼠的色彩和對(duì)比視覺以及運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知功能。

阿爾茨海默癥

雖然目前還沒有有效的藥物可以治療阿爾茨海默癥，但我們現(xiàn)在知道，健康的飲食和規(guī)律的運(yùn)動(dòng)對(duì)于緩解癥狀非常重要。研究者們?nèi)栽趯?duì)其病因不斷探究中，盡管還不清楚蛋白質(zhì)斑塊的堆積在多大程度上是病因，但似乎發(fā)現(xiàn)其相關(guān)線索很重要。一些解剖學(xué)家認(rèn)為眼睛是大腦的一部分，阿爾茨海默氏癥的一個(gè)鮮為人知的影響是，它也會(huì)在早期輕度認(rèn)知障礙(MCI)階段影響眼睛的視網(wǎng)膜。蛋白質(zhì)斑塊會(huì)堆積，神經(jīng)會(huì)退化。

阿爾茨海默癥和視力

阿爾茨海默癥患者的色彩和對(duì)比敏感度嚴(yán)重受損，這會(huì)導(dǎo)致視覺障礙，類似于tritan色盲（藍(lán)色弱）。人眼有三種視錐細(xì)胞來檢測顏色：紅色、藍(lán)色和綠色。患有三色盲的人患有這種疾病的人藍(lán)色視錐細(xì)胞敏感度較低，可能難以區(qū)分紅色和紫色，因?yàn)樗{(lán)色是紅色和紫色的區(qū)別。白內(nèi)障和青光眼也有類似的情況，但這兩種疾病是由于過濾了光線中的藍(lán)色。據(jù)報(bào)道，其他疾病也會(huì)出現(xiàn)藍(lán)色辨別障礙，包括多發(fā)性硬化癥、帕金森病、亨廷頓舞蹈癥和吉爾·德拉圖雷特綜合征等，不僅限于阿爾茨海默癥。

小鼠的色覺

雖然人類和其他靈長類動(dòng)物都有紅色、藍(lán)色和綠色的視錐細(xì)胞，但包括小鼠在內(nèi)的許多其他哺乳動(dòng)物只有兩種視錐細(xì)胞：從藍(lán)色到接近紫外線和綠色。這意味著它們會(huì)看到有點(diǎn)像4%的紅綠色盲患者的顏色，但它們可以看到光譜藍(lán)色端和稍遠(yuǎn)點(diǎn)顏色的更多差異。小鼠的視錐細(xì)胞相對(duì)較少，為對(duì)光更敏感但單色（黑白）的視桿細(xì)胞留出了更多空間，使它們在弱光下也能看得清楚。

材料和方法

研究測試了三組不同的非轉(zhuǎn)基因野生型小鼠，每組代表不同的年齡：8.5個(gè)月大、13個(gè)月大以及 18個(gè)月大的小鼠。在色彩測試模式中，LED燈的光譜會(huì)創(chuàng)建四個(gè)色度和亮度不同的空間，與小鼠的視覺系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)。

本研究定制了x形迷宮，由15厘米高的黑色有機(jī)玻璃墻，以及半透明的白色地板組成。每條臂垂直于兩個(gè)相鄰的臂，長45厘米，寬10厘米（圖 1A-1B）。儀器的中心是中性區(qū)域，沒有白色半透明板，正下方也沒有光源。迷宮的地板用下面的LED照亮，發(fā)出亮度可變的紅、綠、藍(lán)和白光。由于小鼠看不到紅色，所以在小鼠看來是黑暗的區(qū)域，可以將其視為對(duì)照組。

圖1

通過打開的頂部，將小鼠放置在迷宮的中心。讓小鼠自由探索迷宮 5 分鐘，在測試期間計(jì)算進(jìn)入次數(shù)。整個(gè)過程可以使用動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)(EthoVision XT)跟蹤和分析小鼠的位置和運(yùn)動(dòng)。您可以在下面的視頻中看到實(shí)驗(yàn)中的小鼠探索ViS4M迷宮情況。

結(jié)果

對(duì)迷宮數(shù)據(jù)結(jié)果的解讀依賴于這樣一個(gè)事實(shí)：作為一種獵物，小鼠自然會(huì)避開明亮的區(qū)域。并且傾向于按特定順序探索四個(gè)臂，然后再返回它們開始的臂。AD小鼠的活動(dòng)、移動(dòng)速度以及它們在不同臂之間移動(dòng)的頻率（交替百分比）急劇下降。它們在8.5個(gè)月大時(shí)就表現(xiàn)出了這一點(diǎn)，而直到小鼠 13 個(gè)月大時(shí)才能檢測到記憶問題。

它們更喜歡紅色臂，在它們看來，紅色臂是黑色的。

與白色臂相比，AD小鼠更喜歡綠色臂和藍(lán)色臂，這表明AD小鼠存在顏色特異性視覺障礙。不同顏色臂之間的轉(zhuǎn)換也存在顏色特異性影響。AD小鼠在白色臂和藍(lán)色臂之間移動(dòng)的次數(shù)少于正常小鼠，這再次表明存在色覺障礙。

總結(jié)

ViS4M 4臂彩色迷宮是評(píng)估小鼠顏色辨別和對(duì)比敏感度的靈敏工具，與傳統(tǒng)的認(rèn)知測試相比，有助于提前發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默癥。

參考文獻(xiàn)

Vit, J. et al. (2021b). Visual-stimuli Four-arm Maze test to Assess Cognition and Vision in Mice. Bio-protocol 11(22): e4234. 

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