小鼠双侧下丘间的相互作用对声信号强度域加工的调制

摘要

在上行听觉通路中，下丘(inferiorcolliculus，IC)接收并整合众多来自于低位脑干的听觉核团，IC的内在投射，对侧IC的连合投射，以及来自听皮层的兴奋性和抑制性输入。所有这些投射联系使得IC成为皮层下听信息的时相和空间整合的一个重要中枢。本研究在自由声场条件下，通过电生理记录，局部电刺激和离子电泳技术，在昆明小鼠中研究了局部电刺激一侧IC（简称为ICES）如何对另一侧IC（简称为ICMdu）声信号强度域的加工进行调制，并探讨了与双侧IC间相互作用有关的生物学意义和可能的功能作用途径。所获得的主要研究结果如下:
　　1.在实时的ICES局部电刺激条件下，记录到50个ICMdu神经元在电刺激前后对声刺激的完整的强度-放电率函数（rate-amplitudefunction，RAF）。根据被刺激侧神经元(ICES)与被调制侧神经元(ICMdu)间的最佳频率差(bestfrequency，BF)将ICMdu神经元分为两类，其中26个ICMdu神经元的BF差≤2kHz，称为双侧对应频率层神经元（bilateralcorrespondingfrequencylaminea，BCFL）;另外24个ICMdu神经元的BF差＞2kHz，称为双侧非对应频率层神经元(bilateralnon-correspondingfrequencylaminea，BNCFL)。ICES局部电刺激时，14.0％ICMdu神经元的声反应被易化，这部分受兴奋性调制的ICMdu神经元均位于BCFL;而86.0％ICMdu神经元的声反应被抑制，受抑制性调制的ICMdu神经元广泛分布于BCFL(38.0％)和BNCFL(48.0％)中。双侧IC间的相互作用可增加受兴奋性调制的ICMdu神经元的放电率，拓宽神经元反应的动态范围（dynamicrange，DR）并减小RAF的斜率，从而获得对声刺激强度更广泛的响应范围。相反，双侧IC间相互作用减少受抑制性调制的ICMdu神经元的放电率和DR，并增加RAF的斜率，使得神经元对声刺激强度的敏感性被锐化。而且BCFL神经元所受到的抑制性调制作用的程度显著强于BNCFL神经元。
　　2.实验获得了70个受双侧IC间调制的ICMdu神经元，局部电刺激一侧IC对对侧IC的声反应的影响表现为广泛的抑制(87.1％)和集中或局灶性(foucus)兴奋(12.9％)，且受抑制性和兴奋性调制的两组神经元在IC中的分布并无明显的拓扑分界。这一调制作用的影响在较低声刺激强度下表现的更为明显，且依赖于声电刺激间间隔。在最佳声电刺激间隔下，受抑制性调制的IC神经元的反应幅度最小而反应潜伏期最长，而受兴奋性调制的IC神经元则表现出相反的效应。一侧IC的局部电刺激可以压抑或是易化对侧IC神经元的RAF，且双侧IC交互电刺激的结果显示这一调制作用在双侧IC间既可以是相互的，也可能是单侧的。局部电刺激同样可引起IC神经元的BF，最小阈值(minimumthreshold，MT)，反应潜伏期和DR的改变，这一变化平均可持续约150分钟。双侧IC间相互作用对这些参数的调制程度取决于刺激侧IC神经元与被调制IC神经元间BF差。对受抑制性和兴奋性调制的神经元分别离子电泳注射荷包牡丹碱(bicuculline，Bic)和犬尿酸(kynurenicacid，KA)后，由局部电刺激所致的双侧IC间抑制性和兴奋性调制作用的影响可全部或部分被解除。表明双侧IC间的相互作用主要由GABA能受体和谷氨酸能受体介导。
　　3.双侧IC间的调制作用通过集中的点对点兴奋性投射来增强IC神经元的声反应并获得对声刺激的更好的强度响应，或通过更为广泛分布的抑制性锐化IC神经元的强度敏感性来影响IC对声信号强度域的加工。双侧IC间少部分集中的兴奋性调制和大多数广泛的抑制性调制作用，有可能分别参与了IC神经元双耳听觉特性的形成，如EE(excitation-excitation)和EI（excitation-inhibition）神经元的形成;这种不平衡的兴奋和抑制性投射的分布可能在动物听声辨位和保证单侧优势中起着重要的作用。双侧IC间相互作用对IC神经元强度信号加工的调制作用可能建立在双侧IC的声调拓扑组构基础之上，并参与了IC听经验依赖的可塑性。
　　以上结果和发现提示，双侧IC间的相互作用为IC声信号的加工提供了一种可调的且可塑的调制模式。

目录

声明

摘要

缩略词

第一章 研究背景

1．1 下丘神经联系的解剖学研究

1．1．1 至IC的上行投射系统

1．1．2 IC的内在连接和连合投射

1．1．3 至IC的下行投射系统

1．1．4 IC与听觉通路以外结构的连接

1．2 下丘的神经调制相关研究

1．2．1 至IC的离皮质调控系统

1．2．2 听丘脑至IC的调控作用

1．2．3 双侧IC间的调控作用

1．2．4 IC内神经元之间的相互作用

1．2．5 躯体感觉和视觉对IC神经元的调制

1．3 听中枢神经元的可塑性

1．3．1 听中枢发育可塑性

1．3．2 与声刺激有关的听中枢功钱可塑性

1．3．3 与声刺激可塑性相关的神经递质

1．4 本研究的目的和意义

第二章 双侧下丘对应和非对应频层间的相互作用调制小鼠下丘对声强度信息处理

2．1 引言

2．2 实验材料和方法

2．2．1 动物准备和手术

2．2．2 声电刺激系统和声反应的记录

2．2．3 数据分析

2．3．实验结果

2．3．1 双侧IC对应和非对应频层神经元在IC的分布

2．3．2 ICES局部电刺激对BCFL和BNCFL神经元的DR和slope的调制

2．4 讨论

第三章 双侧下丘间的相互作用：声信号的强度域加工的调制

3．1 引言

3．2 实验材料和方法

3．2．1 动物准备和手术

3．2．2 声电刺激系统和声反应的记录

3．2．3 离子电泳药物注射

3．2．4 数据采集和分析

3．3．实验结果

3．3．1 ICES局部电刺激所致的ICMdu神经元声反应的兴奋和抑制

3．3．2 双侧IC对ICMdu神经元RAF的相互影响

3．3．3 ICES局部电刺激对ICMdu神经元RAF调制的时间效应

3．3．4 ICES局部电刺激所致的强度依赖性调制效应

3．3．5 双侧IC间相互作用的调制与ICES和ICMdu间BF差有关

3．3．6 ICES局部电刺激时离子电泳注射bicuculline对受抑制性调制ICMdu神经元的影响

3．3．7 ICES局部电刺激时离子电泳注射KA对受兴奋性调制ICMdu神经元的影响

3．4 讨论

3．4．1 双侧IC间兴奋性和抑制性调制的相互作用

3．4．2 声电刺激间间隔依赖性的双侧IC间调制

3．4．3 双侧IC间相互作用与声刺激强度相关

3．4．4 双侧IC间相互作用对幅度敏感性的调制和可塑性

3．4．5 介导双侧IC间抑制和兴奋作用的神经递质

3．4．6 双侧IC间相互作用的功能意义及可能的神经通路

第四章 小结

4．1 结论

4．2 论文的创新点

参考文献

在校期间的科研成果

致谢