下丘听觉行为相关反应模式神经元的时程选择性及神经抑制对声反应的影响

摘要

声时程（sound duration）是听觉信号的基本参数之一，也是恒频-调频(constantfrequency-frequency modulation, CF-FM)蝙蝠在回声定位过程中主动做出改变的声参数之一。听觉中枢——下丘(inferior colliculus，IC)单反应(single-on, SO)和双反应(double-on，DO)神经元如何识别声时程并做出选择性反应，以及神经抑制在反应模式的形成中的作用均不清楚。针对这些问题，在普氏蹄蝠(Hipposiderospratti) IC采用自由声场刺激和在体细胞外记录，对两类神经元做了研究。
　　1.共获得314个神经元(N=314)，根据他们对CF-FM声刺激的反应，将它们分为SO和DO神经元。用最小阈强度(minimum threshold，MT)以上10和20 dB(MT+10 dB、MT+20 dB)的CF和CF-FM声测定了其中140(N=140/314)个神经元的反应模式和时程选择性，其中91个为SO(N=91，65％)神经元，49个为DO(N=49，35％)神经元。SO神经元在CF声刺激条件下的时程选择性类型分为短通型(short pass，SP)、长通型（long pass，LP）、带通型(band pass，BP)、全通型(all pass，AP)或非时程选择型、不规则型（irregular）;当用CF-FM声刺激时，具有时程选择型的SO神经元的比例从60％(N=55/91)上升至79％(N=72/91)，说明FM声成分在神经元时程选择性形成方面发挥了重要作用，有可能由两种声成分所引起的输入汇聚性地投射到记录神经元上时产生的相互作用所致。DO神经元在CF声刺激条件下的时程选择性的类型除了具有与上述SO神经元相同的类型外，还有反带通型(band-reject, BR);当用CF-FM刺激时，总的时程选择性比例从CF刺激下的51％(N=25/49)上升至61％(30/49)，说明FM成分的加入可有效地提高DO神经元的时程选择性。
　　2.比较和分析SO和DO神经元中SP和BP型神经元的最佳时程(best duration，BD)和达到最佳反应的50％时的时程调谐宽度(duration-tuning width，DW)发现，在CF转变到CF-FM声刺激时，时程选择性不改变的神经元中的BP型SO神经元的平均BD值由16.0±7.3降低到8.8±4.5 ms(p＜0.05)，提示神经元对行为相关的CF-FM声刺激的时程选择性更加精确。另外，在CF-FM刺激条件下，DO中的SP型神经元的BD也显著地小于SO中的SP型神经元的BD(5.6±4.0 vs.8.5±2.4 ms; p＜0.05);而DO中的SP和BP型神经元的DW要比SO中同类型神经元的DW值大(SP:23.3±8.4 vs.34.9±4.1 ms; BP:21.1±6.6 vs.33.0±6.0 ms);而且在CF刺激下获得的DW值小于CBFM刺激（SP:21.1±4.7±8.4 vs.34.9±4.1 ms; BP:14.1±8.5 vs.33.0±6.0ms）。这些结果提示两类神经元的功能可能各不相同。
　　3.当将CF和CF-FM声刺激强度从MT+10 dB增加到MT+20 dB时，SO中时程选择性神经元的比例大幅下降，而SP和BP型的平均BD也显著减小(p＜0.0001)。对于DO神经元，具有时程选择性的比例仅在CF声强度增加时才大幅下降，且SP和BP型的平均BD并不随强度的增加而发生显著改变(p＞0.05);对CF-FM声刺激的强度耐受性也高于CF声刺激。这些结果说明具有时程选择性的DO神经元对CF-FM声刺激强度增加的耐受性高于SO神经元。
　　4.测定了声时程对SO和DO神经元的第一次反应发放潜伏期(first-spike latency, FSL)的影响，结果提示巧合或反巧合假说以及FM成分的作用，均可能参与了两类神经元的时程选择性的形成。
　　5.在所记录到的198个神经元中的71(N=71/198)(SO，N=55; DO，N=16)个神经元上测定了电泳导入γ-氨基丁酸（gamma aminobutyric acid，GABA）受体A拮抗剂荷包牡丹碱(bicuculline, Bic)期间神经元对CF和CF-FM声刺激的反应，结果发现:(1)65％(N=26/55)SO神经元在两种声刺激条件下其发放时间和发放数均显著增加;6％(N=3/55)的SO神经元对CF-FM声刺激的反应模式转变成DO模式。部分DO神经元对CF-FM声的CF成分的反应模式从相位型变为持续型(N=5/12)或相位爆发型(N=7/12);而它们(N=12/12)对FM声成分反应模式均从相位型变为相位爆发型;且它们对两种声成分反应的发放数均显著增加。另外，有29％(N=16/55)的SO神经元的反应模式、反应时间和发放数以及FSL基本不受Bic的影响。这些结果提示GABA能抑制参与了绝大多数的SO和DO神经元的时程选择性和反应模式的形成。(2)71％(N=39/55) SO和44％(N=7/16)的DO神经元对CF及CF-FM声刺激的FSL均显著缩短;另有31％(N=5/16) DO神经元仅对CF声刺激的FSL在Bic期间显著缩短。这些结果提示GABA能抑制有可能先于兴奋性输入到达，不同程度地减慢这些神经元的去极化速度并延迟动作电位爆发。(3)75％(N=12/16)的DO神经元对CF声成分的发放数增加显著高于FM声成分;而有25％(N=4/16)的DO神经元在对FM声成分的发放数增加的同时发放模式产生改变，但FSL无明显变化。因此，提示GABA能抑制在这部分神经元中对CF和FM成分的影响可能不同。(4)总的GABA能抑制对SO神经元的效应要强于DO。
　　6.超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)在听觉系统被证明与动物IC的年龄相关性功能下降有关。通过Meta分析研究了超氧化物歧化酶2(superoxide dismutase2，SOD2)基因C47T多态性与噪声性听力损失(noise-induced hearing loss，NIHL)之间的关系，在按种族划分的亚组分析中，中国人群的隐性模型中观察到SOD2 C47T多态性与NIHL显著相关。

目录

声明

摘要

第一章 研究背景

1．1 CF-FM蝙蝠的回声定位信号

1．1．1 CF-FM蝙蝠的捕食环境

1．1．2 CF-FM蝙蝠发声信号对回声定位的适应

1．1．3 CF和FM声成分在回声定位中的作用

1．2 CF-FM蝙蝠下丘神经元对行为相关的声信号的反应

1．2．1 下丘神经元对声刺激的基本反应模式

1．2．2 下丘神经元对行为相关的声刺激的反应模式--Single-on和Double-on

1．3 听中枢神经元对声信号时程的加工

1．3．1 声时程对回声定位的重要性

1．3．2 时程调谐与时程选择性神经元的类型及其反应特性

1．3．3 形成时程选择性的机制假设

1．3．4 听中枢对声信号时程的加工在回声定位中的功能意义

1．4 本研究的目的和意义

第二章 普氏蹄蝠下丘Single-on和Double-on神经元的时程选择性

2．1 引言

2．2 材料和方法

2．2．2 声刺激系统和信号记录系统

2．2．3 声刺激和神经元反应的记录

2．2．4 数据分析

2．3 结果

2．3．1 下丘Single-on(SO)和Double-on(DO)神经元声反应的基本参数

2．3．2 下丘SO和DO神经元对CF、FM和CF-FM声刺激时程的反应特性

2．3．3 SO和DO神经元对CF-FM声刺激时程的选择性及其类型

2．3．4 CF-FM声刺激强度对SO和DO神经元时程选择性的影响

2．3．5 CF-FM声刺激对时程选择性SO和DO神经元潜伏期的影响

2．4 讨论

2．4．1 FM声成分对SO和DO神经元时程选择性的影响

2．4．2 声强度对SO和DO神经元时程选择性的影响

2．4．3 SO和DO神经元的时程选择性形成的潜在机制

2．4．4 SO和DO神经元的时程选择性在CF-FM蝙蝠捕食中的生物学意义

第三章 神经抑制在下丘SO和DO神经元行为相关声反应中的作用研究

3．1 引言

3．2 材料和方法

3．2．3 神经元反应的记录和药物的离子电泳导入

3．2．4 数据分析

3．3 结果

3．3．1 下丘行为相关声反应模式神经元声反应的基本特性

3．3．2 Bicuculline对SO神经元的发放率和反应模式的影响

3．3．3 Bicuculline对DO神经元的发放率和发放模式的影响

3．3．4 Bicuculline对SO和DO神经元潜伏期的影响

3．4 讨论

3．4．1 GABA能抑制在定型行为相关声反应模式神经元反应特性中的作用

3．4．2 本研究可能的生物学意义

第四章 超氧化物歧化酶2基因C47T多态性与噪声性听力损失关系的荟萃分析

4．1 引言

4．2 方法

4．2．1 文献搜索、筛选及资料收集

4．2．2 质量评估

4．2．3 数据分析

4．3 结果

4．3．1 检索结果和研究特点

4．3．2 纳入研究的质量评估

4．3．3 总体和分组Meta分析结果

4．3．4 发表偏倚

4．4 讨论

第五章 小结

5．1 结论

5．2 论文的创新点

参考文献

附录

攻读博士学位期间取得的研究成果

致谢