マウス脳全体の包括的な分析による睡眠不足に応じた細胞活動の評価

睡眠不足（SD）はいくつかの不利な機能的結果を引き起こし、関連するプロセスを理解することで生活の質を向上させることができます。いくつかの脳領域におけるニューロン活動に対するSDの影響は特定されていますが、脳全体の包括的な評価はまだ不足しています。したがって、活動性集団の標的組換えで、Rosa-Zssgreenレポーターマウスと脳全体で視覚化された細胞活動と交差した2（TRAP2）マウスで、穏やかな取り扱いと専用チャンバーの2つの異なる方法を使用してSDを実行しました。半自動化後のイメージング後分析ツールスライス組織学的アライメント、登録、および細胞定量化（SHARCQ）を使用して、活性化細胞の数を定量化しました。14の脳領域の分析から、細胞活性は嗅覚領域で有意に増加し、2つのSD法により髄質で減少しました。さらに細分化された348領域の分析から、細胞活性は末端薄層、外側視床下部領域、傍麻痺核、腹側皮質領域、および筋細胞網状網状核で有意に増加し、扁桃体扁平上皮扁桃皮質網状核で減少しました。核、側坐核、隔離菌核、視床の網膜核、脳室周囲視床下部核の前視型部分、腹内側視聴核、吻側線形核、raphe、顔面運動核、総核、および一部の光核（腫瘍）、および2つのSDメソッドによるルム脊髄路）。線条体の2つの細分化された領域（caudoputamenおよびその他の線条体）、上皮骨層の血管臓器、前腹側前撮影核、上輪胞子層、アクセサリー視神経系の灰色の内側末端核、および有光線壊死Fornixの柱、下輪の腕骨、および乳管乳頭）は、2つのSDメソッドによって差別的に影響を受けました。これらの分析から検出されたほとんどの脳領域は、睡眠/ウェイク調節回路の調節に関与していると報告されています。さらに、接続性分析の結果は、脳領域間の細胞活性の接続性がSDによって変化したことを示しました。一緒に、脳全体のこのような包括的な分析は、SDおよび/または睡眠の破壊が脳機能に影響を与えるメカニズムを理解するのに役立ちます。

Sleep deprivation (SD) causes several adverse functional outcomes, and understanding the associated processes can improve quality of life. Although the effects of SD on neuronal activity in several brain regions have been identified, a comprehensive evaluation of the whole brain is still lacking. Hence, we performed SD using two different methods, gentle handling and a dedicated chamber, in targeted recombination in active populations 2 (TRAP2) mice crossed with Rosa-ZsGreen reporter mice and visualized cellular activity in the whole brain. Using the semi-automated post-imaging analysis tool Slice Histology Alignment, Registration, and Cell Quantification (SHARCQ), the number of activated cells was quantified. From the analysis of 14 brain regions, cellular activity was significantly increased in the olfactory areas and decreased in the medulla by the two SD methods. From the analysis of the further subdivided 348 regions, cellular activity was significantly increased in the vascular organ of the lamina terminalis, lateral hypothalamic area, parabigeminal nucleus, ventral tegmental area, and magnocellular reticular nucleus, and decreased in the anterior part of the basolateral amygdalar nucleus, nucleus accumbens, septohippocampal nucleus, reticular nucleus of the thalamus, preoptic part of the periventricular hypothalamic nucleus, ventromedial preoptic nucleus, rostral linear nucleus raphe, facial motor nucleus, vestibular nuclei, and some fiber tracts (oculomotor nerve, genu of corpus callosum, and rubrospinal tract) by the two SD methods. Two subdivided regions of the striatum (caudoputamen and other striatum), epithalamus, vascular organ of the lamina terminalis, anteroventral preoptic nucleus, superior colliculus optic layer, medial terminal nucleus of the accessory optic tract, pontine gray, and fiber tracts (medial lemniscus, columns of the fornix, brachium of the inferior colliculus, and mammillary peduncle) were differentially affected by the two SD methods. Most brain regions detected from these analyses have been reported to be involved in regulating sleep/wake regulatory circuits. Moreover, the results from the connectivity analysis indicated that the connectivity of cellular activity among brain regions was altered by SD. Together, such a comprehensive analysis of the whole brain is useful for understanding the mechanisms by which SD and/or sleep disruption affects brain function.