听觉下行投射对耳蜗核背侧核神经元调控作用的研究

论文摘要

听觉系统中除了上行通路外,还存在下行纤维投射通路,这些下行纤维投射通路包括听皮层（auditory cortex, AC）对皮层下核团的投射及上级皮层下核团对下级皮层下核团的投射。近二十年来,听觉神经电生理学实验对皮层下行纤维的功能已经有非常深入的研究和报道。Yan和Suga在1996对须蝠的研究最先发现初级听皮层（primary auditory cortex, AI）下行纤维对中脑下丘（inferiro colliculus, IC）神经元具有高度特异性的调控作用,这种特异性调控作用被称为“自我中心选择”机制。随后的研究相继发现“自我中心选择”机制同样适用于皮层对丘脑内侧膝状体神经元的调控,甚至是对耳蜗毛细胞的调控。同时,皮层下行调控的“自我中心选择机制”在多种不同的动物如小鼠、沙鼠和猫上也已得到证实。耳蜗核（cochlear nucleus, CN）是中枢神经系统的第一级听觉信息处理中枢,也是中枢听觉系统中唯一接受听神经纤维输入的核团。根据其解剖学特征耳蜗核分为三个亚核即:前腹核（anteroventral cochlear nucleus, AVCN）、后腹核（posteroventral cochlear nucleus, PVCN）及背侧核（dorsal cochlear nucleus, DCN）。听皮层深层神经元向CN发出的的下行纤维投射主要是到达包绕在耳蜗核背侧核的颗粒细胞区。最近的电生理学研究发现听皮层对同侧及对侧AVCN的信息处理均有高度特异性的调控作用。到目前为止,听皮层对DCN神经元的调控作用尚无研究报道。此外,解剖学研究已证实下丘中央核（central nucleus of inferior colliculus, ICc）有大量的下行纤维投射到同侧DCN并且这种投射是“点对点”的音频定位式投射,但这些下行纤维投射在CN听觉信息处理中的作用和意义尚不清楚。本研究的主要目的是观察AI及IC对同侧DCN神经元的调控作用,同时我们还观察了AC和DCN神经元的细胞内反应特性。实验中选用200-250g健康成年SD大鼠首先通过在体细胞外记录方法研究大鼠DCN神经元的兴奋性频率反应域（excitatory frequency response area, eFRA）的特征及分类并通过AI局部电刺激及在体细胞外记录方法观察AI局部激活对同侧DCN神经元最佳频率（Best Frequency, BF）、最低阈值（minimum threshold, MT）、带宽（bandwidth BW）、感受野（receptive field, RF）及平均放点数（average spike number ASN）等反应特性的影响。其次,采用在体细胞内记录方法观察AC神经元细胞静息膜电位（resting membrane potential, RMP）和动作电位（action potential, AP）),研究AC神经元自发的节律性膜电位活动及听觉刺激对其的影响。再次,我们研究了ICc局部激活对同侧DCN神经元BF、MT的影响。最后,我们通过在体细胞内记录方法研究了DCN神经元细胞内反应。实验结果如下:1. DCN神经元细胞外记录听觉中枢系统的神经元eFRA可为分4类:Ⅰ类神经元的eFRA在高频侧有陡直的倾斜度,而低频侧倾斜度相对平坦。Ⅱ类神经元的特征是eFRA局限在很窄的频率范围内,而低频侧和高频侧的倾斜度均较陡直。Ⅲ类神经元eFRA的特征是相对对称并且宽广,而低频侧和高频侧的倾斜度均较为平坦。Ⅳ类的eFRA的低频侧的倾斜度较为陡直,而高频侧的倾斜度则相对平坦,此外,多峰型的eFRA也属于Ⅳ类神经元。本实验中记录到的74个DCN神经元中,47.3%（35/74）的神经元属于Ⅰ类神经元, 14.3%（11/74）的神经元属于Ⅱ类神经元。27.0%（20/74）%的神经元属于Ⅲ类神经元, 11.4%（8/74）的神经元属于Ⅳ神经元。2. AI局部激活对DCN神经元电活动的影响电刺激AI能够使CN神经元的BF发生偏移。在-8到8kHz的范围内,AI和DCN神经元之间的BF差值越大,刺激后DCN神经元发生的偏移的幅度则越大,二者具有显著的线性相关关系。（y=-0.4616x+0.1182,R2=0.8482; n=56; P<0.01）同样的,电刺激AI能够使CN神经元MT发生偏移,当AI的MT高于DCN神经元时,DCN神经元的MT增加了2.4±4.0dB,另一方面,当AI的MT低于DCN神经元时,DCN神经元的MT减少了3.7±4.5dB, DCN神经元MT的变化和它与AI神经元MT的差值呈线性相关关系（y=-0.5123x+0.2168; R2=0.4371;P<0.05;n=56）。DCN神经元的BW10,BW30,BW50及RF、ASN在电刺激AI后的变化与他们和AI神经元差值没有显著的线性相关关系。本部分内容说明AI对同侧DCN神经元的声学信息处理具有频率特异性的调控作用。3.声刺激对AC神经元电活动的影响大鼠AC单个神经元自发电活动表现为膜电位在“down状态”（-72.4±6.9mV）和“up状态”（-58.6±4.6mV）之间自发的交替变化。交替频率为0.54±0.36Hz。自发的“up状态”的上升时间范围在40.10-119.21ms之间,平均为69.41±18.04ms。而声诱导的up状态的上升时间要显著短于自发的up状态,它的范围在9.31-45.74ms之间,平均为22.54±8.81ms;声刺激对自发的“up状态”无影响,但它能够在“down状态”时诱导出新的“up状态”。自发及声诱发的up状态的幅度与RMP线性相关,RMP越低,up状态幅度越高。本部分实验结果表明AC神经元自发电活动处于“up状态”时对外界刺激无反应,但在“down状态”时能够接受外界刺激产生新的反应。4. ICc局部电刺激对同侧DCN神经元电活动的影响。ICc局部电刺激不能够改变DCN神经元的频率反应特性。当电刺激区神经元频率高于或低于DCN记录神经元时,刺激后DCN神经元的BF,MT均未发生明显改变。5. DCN神经元对长时程听觉刺激的“适应”现象重复的短时程听觉刺激（60ms,白噪声）诱发的DCN神经元的放电相对恒定,而当给予长时程听觉刺激（600,800,5000ms,白噪声）时,DCN神经元对前半程声刺激和后半程声刺激的反应强度具有显著的差异（n=6; p<0.05）,表现为对后半程听觉刺激的适应现象。

论文目录

• 主要英文缩写词表
• Abstract
• 摘要
• 前言
• 第一部分 初级听皮层局部激活对同侧耳蜗核背侧核神经元听觉反应的影响
• 材料和方法
• 结果
• 讨论
• 第二部分 听皮层神经元细胞内反应特性
• 材料和方法
• 结果
• 讨论
• 第三部分 电刺激下丘中央核对耳蜗核背侧区神经元感受野的作用
• 材料和方法
• 结果
• 讨论
• 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 文献综述
• 参考文献
• 研究生期间发表的文章