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睡眠觉醒是一种普遍存在的生物学现象。睡眠使各项脑功能活动可逆性地减弱,有助于代谢废物清除、细胞与组织损伤的修复等机体稳态的维护,以及大脑记忆信息的处理。觉醒是脑的感觉、运动、记忆以及思维等各项功能实现的前提。从神经解剖学角度来看,脑内脑干、下丘脑、丘脑和基底前脑的神经核团相互作用,共同调控睡眠觉醒的活动。下丘脑室旁核（paraventricular hypothalamic nucleus,PVN）位于下丘脑旁,主要由一群神经内分泌细胞组成,对自主神经活动的调控具有重要作用。PVN还是垂体-下丘脑-肾上腺素轴的重要组成部分,参与机体的应激调控。而目前关于PVN对于睡眠觉醒的作用还鲜有报道。本文结合血氧水平依赖的功能磁共振成像技术、化学遗传技术、光遗传技术,阐明了PVN脑区及相关的神经环路在睡眠觉醒中的调控作用。第一部分大鼠颅脑下丘脑室旁核谷氨酸能神经元激活后神经网络变化的fMRI研究目的:基于化学遗传-功能磁共振（Chemo-fMRI）技术探索下丘脑室旁核谷氨酸能神经元激活后,全脑各脑区活动情况及PVN与其他脑区之间的功能连接改变。方法:7只重量约350-500g雄性大鼠纳入研究。在PVN脑区转染细胞特异性化学遗传病毒4周后进行磁共振扫描,分别扫描T2结构像、EPI序列及Flash序列,通过计算如下指标包括BOLD信号变化、分数低频振荡振幅（fractional low frequency oscillation amplitude,f ALFF）,度中心性（degree centrality,DC）及功能连接,使用配对T检验来统计结果,P＆lt;0.05有统计学差异。结果:本部分实验表表明PVN谷氨酸能神经元激活后,下丘脑,内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex,m PFC）,扣带回（cingulate cortex,Cg）,丘脑室旁核（paraventricular thalamic nucleu,PVT）,导水管周围灰质核（periaquiductal gray,PAG）及海马的BOLD信号增加;而嗅球BOLD信号降低。PVN,运动皮层,岛叶,导水管周围灰质核的f ALFF及度中心性均增加。而以PVN为种子点,在PVN脑区激活后,PVN与PVT,Cg,m PFC,苍白球,运动皮层,海马等区域的功能连接增加。结论:本部分实验我们由此得出结论,在PVN脑区谷氨酸能神经元激活后,脑内其他一些调控睡眠觉醒,运动,情绪认知等活动的脑区激活且PVN与涉及睡眠觉醒、运动及情绪脑区的功能连接增加。第二部分基于光纤记录钙成像技术探索PVN谷氨酸能神经元在睡眠觉醒中的活动模式目的:基于光纤记录钙成像和多导睡眠技术探索自由睡眠觉醒状态下小鼠下丘脑室旁核谷氨酸能神经元的活动。方法:5只重量约20-30g雄性C57小鼠纳入研究。在PVN脑区转染细胞特异性钙成像病毒,同时埋置睡眠记录脑电电极3周后进行行为学测试。每只老鼠均记录白天10小时,分别记录三种不同睡眠觉醒状态下的钙信号变化。最后将5只老鼠的NREM-Wake、NREM-REM、Wake-NREM及REM-Wake两两状态转换次数统计出总和进行分析。结果:在三个睡眠状态转换期间,PVN谷氨酸能神经元的活性在NREM睡眠到wake和NREM睡眠到REM睡眠转换之前开始增加,而在wake到NREM睡眠转变之前开始减少。在REM从睡眠到wake转换期间,未观察到明显的活动变化。结论:本部分实验结果表明,PVN谷氨酸能神经元的活动与睡眠觉醒状态有关,且在Wake与REM期活动增加。第三部分基于化学遗传学技术探索PVN谷氨酸能神经元在调控觉醒中的作用目的:基于化学遗传学方法与多导睡眠技术探索PVN谷氨酸能神经元对于睡眠觉醒的调控。方法:化学遗传激活组包括实验组和对照组分别各12只,化学遗传抑制组包括实验组和对照组各13只,重量约20-30g雄性C57小鼠纳入研究。在PVN脑区转染细胞特异性化学遗传激活和抑制病毒,同时埋置睡眠记录脑电电极3周后进行行为学测试。实验组与对照组分别给予CNO和生理盐水腹腔注射并进行多导睡眠记录。再用睡眠分析软件分析两组的wake、NREM及REM时间。用Two-way ANOVA分析方法进行分析,P＆lt;0.05为具有统计学意义。结果:化学遗传激活PVN谷氨酸能神经元可以促进觉醒,减少NREM和REM睡眠;化学遗传抑制PVN谷氨酸能神经元可以减少觉醒时间,增加NREM睡眠。结论:本部分实验结果表明,PVN谷氨酸能神经元对于觉醒调控具有充分必要性。第四部分基于光、化学遗传学技术探索PVN-PVT神经环路在调控觉醒的作用目的:基于光遗传学方法与多导睡眠技术探索PVN-PVT神经环路对于觉醒行为的调控作用。方法:PVN-PVT神经环路光遗传组纳入ChR2-GFP组合GFP组小鼠各7只,PVN-PVT神经环路化学遗传抑制组纳入h M4Di-mcherry组合mcherry组小鼠各7只。光遗传实验中,实验组和对照组小鼠分别在PVN脑区转染ChR2-GFP及GFP光遗传病毒,于PVT脑区上方埋置插芯,同时埋置脑电记录电极。而化学遗传抑制组实验组及对照组分别在PVN脑区转染h M4Di-mcherry及mcherry病毒,同时埋置电极,3周后进行行为学测试。用Two-way ANOVA分析方法进行分析,P＆lt;0.05为具有统计学意义。结果:对于光遗传组,在同等光刺激条件下,ChR2-GFP组与GFP组相比wake时间增多,NREM时间减少。对于化学遗传组,h M4Di-mcherry组与mcherry组相比,在给予腹腔CNO注射后6小时内,wake时间减少而NREM时间增加。结论:本部分实验结果表明,PVN-PVT神经环路可以对于觉醒的调控具有充分必要性。