The ventral tegmental area (VTA) is crucial for brain functions, such as voluntary movement and cognition; however, the role of VTA in sleep-wake regulation when directly activated or inhibited remains unknown. In this study, we investigated the effects of activation or inhibition of VTA neurons on sleep-wake behavior using the pharmacogenetic “designer receptors exclusively activated by designer drugs (DREADD)” approach. Immunohistochemistry staining was performed to confirm the microinjection sites, and combined with electrophysiological experiments, to determine whether the VTA neurons were activated or inhibited. The hM3Dq-expressing VTA neurons were excited confirmed by clozapine-N-oxide (CNO)-driven c-Fos expression and firing in patch-clamp recordings; whereas the hM4Di-expressing VTA neurons inhibited by reduction of firing. Compared with controls, the activation of VTA neurons at 9:00 (inactive period) produced a 120.1% increase in the total wakefulness amount for 5 h, whereas NREM and REM sleep were decreased by 62.5 and 92.2%, respectively. Similarly, when VTA neurons were excited at 21:00 (active period), the total wakefulness amount increased 81.5%, while NREM and REM sleep decreased 64.6 and 93.8%, respectively, for 8 h. No difference of the amount and EEG power density of the NREM sleep was observed following the arousal effects of CNO. The inhibition of VTA neurons during active or inactive periods gave rise to no change in the time spent in the wakefulness, REM, and NREM sleep compared with control. The results indicated that VTA neurons activated pharmacogentically played important roles in promoting wakefulness.

中文翻译：

---

腹侧被盖区的激活增加了小鼠的清醒度

腹侧被盖区 (VTA) 对大脑功能至关重要，例如自主运动和认知；然而，VTA 在直接激活或抑制时在睡眠-觉醒调节中的作用仍然未知。在这项研究中，我们使用药物遗传学“设计者药物专门激活的设计者受体 (DREADD)”方法研究了激活或抑制 VTA 神经元对睡眠-觉醒行为的影响。进行免疫组化染色以确认显微注射部位，并结合电生理实验确定VTA神经元是否被激活或抑制。氯氮平-N-氧化物（CNO）驱动的c-Fos 表达和膜片钳记录中的激发证实了表达hM3Dq 的VTA 神经元被激发；而表达 hM4Di 的 VTA 神经元受到放电减少的抑制。与对照组相比，9:00（非活动期）的 VTA 神经元激活使 5 小时的总清醒量增加了 120.1%，而 NREM 和 REM 睡眠分别减少了 62.5% 和 92.2%。同样，当 VTA 神经元在 21:00（活跃期）兴奋时，总清醒量增加 81.5%，而 NREM 和 REM 睡眠分别减少 64.6% 和 93.8%，持续 8 小时。在 CNO 的唤醒效应后，未观察到 NREM 睡眠的数量和 EEG 功率密度的差异。与对照组相比，活跃或不活跃期间 VTA 神经元的抑制导致清醒、REM 和 NREM 睡眠时间没有变化。结果表明，药物激活的 VTA 神经元在促进觉醒中起重要作用。00（非活动期）使 5 小时的总清醒量增加了 120.1%，而 NREM 和 REM 睡眠分别减少了 62.5% 和 92.2%。同样，当 VTA 神经元在 21:00（活跃期）兴奋时，总清醒量增加 81.5%，而 NREM 和 REM 睡眠分别减少 64.6% 和 93.8%，持续 8 小时。在 CNO 的唤醒效应后，未观察到 NREM 睡眠的数量和 EEG 功率密度的差异。与对照组相比，活跃或不活跃期间 VTA 神经元的抑制导致清醒、REM 和 NREM 睡眠时间没有变化。结果表明，药物激活的 VTA 神经元在促进觉醒中起重要作用。00（非活动期）使 5 小时的总清醒量增加了 120.1%，而 NREM 和 REM 睡眠分别减少了 62.5% 和 92.2%。同样，当 VTA 神经元在 21:00（活跃期）兴奋时，总清醒量增加 81.5%，而 NREM 和 REM 睡眠分别减少 64.6% 和 93.8%，持续 8 小时。在 CNO 的唤醒效应后，未观察到 NREM 睡眠的数量和 EEG 功率密度的差异。与对照组相比，活跃或不活跃期间 VTA 神经元的抑制导致清醒、REM 和 NREM 睡眠时间没有变化。结果表明，药物激活的 VTA 神经元在促进觉醒中起重要作用。而 NREM 和 REM 睡眠分别减少了 62.5% 和 92.2%。同样，当 VTA 神经元在 21:00（活跃期）兴奋时，总清醒量增加 81.5%，而 NREM 和 REM 睡眠分别减少 64.6% 和 93.8%，持续 8 小时。在 CNO 的唤醒效应后，未观察到 NREM 睡眠的数量和 EEG 功率密度的差异。与对照组相比，活跃或不活跃期间 VTA 神经元的抑制导致清醒、REM 和 NREM 睡眠时间没有变化。结果表明，药物激活的 VTA 神经元在促进觉醒中起重要作用。而 NREM 和 REM 睡眠分别减少了 62.5% 和 92.2%。同样，当 VTA 神经元在 21:00（活跃期）兴奋时，总清醒量增加 81.5%，而 NREM 和 REM 睡眠分别减少 64.6% 和 93.8%，持续 8 小时。在 CNO 的唤醒效应后，未观察到 NREM 睡眠的数量和 EEG 功率密度的差异。与对照组相比，活跃或不活跃期间 VTA 神经元的抑制导致清醒、REM 和 NREM 睡眠时间没有变化。结果表明，药物激活的 VTA 神经元在促进觉醒中起重要作用。而 NREM 和 REM 睡眠分别下降 64.6% 和 93.8%，持续 8 小时。在 CNO 的唤醒效应后，未观察到 NREM 睡眠的数量和 EEG 功率密度的差异。与对照组相比，活跃或不活跃期间 VTA 神经元的抑制导致清醒、REM 和 NREM 睡眠时间没有变化。结果表明，药物激活的 VTA 神经元在促进觉醒中起重要作用。而 NREM 和 REM 睡眠分别下降 64.6% 和 93.8%，持续 8 小时。在 CNO 的唤醒效应后，未观察到 NREM 睡眠的数量和 EEG 功率密度的差异。与对照组相比，活跃或不活跃期间 VTA 神经元的抑制导致清醒、REM 和 NREM 睡眠时间没有变化。结果表明，药物激活的 VTA 神经元在促进觉醒中起重要作用。