小鼠下丘聽神經(jīng)元反應(yīng)延時(shí)表達(dá)頻率的單通道特性.pdf

1、動(dòng)物的聽覺(jué)系統(tǒng)準(zhǔn)確的反應(yīng)外界聲音信息對(duì)于動(dòng)物體的生存具有至關(guān)重要的作用。外界的聲音本身包含著兩方面的信息，第一即聲音本身所具的特性，如頻率，聲強(qiáng)，持續(xù)時(shí)間等。第二即聲音的來(lái)源問(wèn)題，如聲音所在位置相對(duì)于動(dòng)物體的方位角。動(dòng)物體需要在同一時(shí)間對(duì)這些復(fù)雜信息進(jìn)行編碼，這一過(guò)程是如何完成的一直都是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域最具活力的研究課題之一。 聽覺(jué)系統(tǒng)對(duì)于頻率的編碼最為人熟知的工作是伯克西在上世紀(jì)50年代提出的行波理論。這一理論認(rèn)為，基底膜的不同部

2、位響應(yīng)不同頻率：基底膜底部響應(yīng)高頻，基底膜的頂部響應(yīng)低頻。基底膜這種對(duì)頻率響應(yīng)的部位選擇性被稱為耳蝸拓?fù)涞匦危╟ochleaotopographic）組構(gòu)。聽覺(jué)傳導(dǎo)通路上每一神經(jīng)元都具有特征頻率（characteristic frequency，CF，即神經(jīng)元的最敏感頻率，也就是神經(jīng)元產(chǎn)生反應(yīng)所需最小聲強(qiáng)的聲音頻率）或最佳頻率（best frequency，BF，即神經(jīng)元對(duì)某一強(qiáng)度反應(yīng)最大的聲音頻率）。聽覺(jué)傳導(dǎo)路上不同水平或核團(tuán)神經(jīng)元的

3、CF或BF也存在著頻率表達(dá)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種從外周到中樞各級(jí)的頻率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提示，聽覺(jué)系統(tǒng)可能是通過(guò)平行級(jí)層投射的方式進(jìn)行信號(hào)處理的。 由于基底膜各點(diǎn)具有帶通濾波特性，所以要證明聽覺(jué)系統(tǒng)的平行投射假說(shuō)，就需首先證明聽覺(jué)神經(jīng)元對(duì)刺激頻率的反應(yīng)也有帶通濾波特性。 為了證明聽覺(jué)系統(tǒng)具有這種帶通過(guò)濾波特性，首先需要找到一個(gè)準(zhǔn)確的神經(jīng)元特征來(lái)作為分析指標(biāo)。某一聲刺激誘導(dǎo)神經(jīng)元發(fā)放動(dòng)作電位，通常情況下動(dòng)作電位發(fā)放數(shù)（SC，Spike C

4、ount）或數(shù)率（SR，Spike Rate）被作為測(cè)量神經(jīng)元反應(yīng)特性的指標(biāo)。而過(guò)去15年里，越來(lái)越多的觀點(diǎn)支持感覺(jué)系統(tǒng)對(duì)刺激的編碼可能更多的是由神經(jīng)元放電的時(shí)間模式而并非或者更少地由神經(jīng)元的發(fā)放率表征。神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢粷摲谠诠ぷ饕粋€(gè)很小的范圍波動(dòng)，相對(duì)于神經(jīng)元發(fā)放率，潛伏期編碼信息更為經(jīng)濟(jì)。 因此本研究在小鼠下丘用在體細(xì)胞外記錄的方法記錄聽覺(jué)神經(jīng)元對(duì)聲音刺激的反應(yīng)。將一約1．5cm長(zhǎng)的平頭金屬釘用牙科水泥垂直粘在小鼠頭骨表面。

5、在下丘部位的頭骨鉆孔，暴露下丘部位的腦組織。其后將動(dòng)物置于一泡沫塑料制成的模子中用彈性繃帶固定，然后模子懸于金屬支架上。保持動(dòng)物雙耳不被遮擋以接受自由場(chǎng)聲刺激。通過(guò)Tucker-Davis Technology系統(tǒng)3來(lái)改變聲音刺激及記錄動(dòng)物腦組織放電。確定單神經(jīng)元發(fā)放模式后，通過(guò)改變短純音聲刺激的頻率和強(qiáng)度來(lái)測(cè)定神經(jīng)元的CF和最小閾值（minimum threshold，MT）。接著用不同的頻率-強(qiáng)度短純音和雙頻聲進(jìn)行聲刺激掃描，采集聲

6、刺激誘發(fā)的動(dòng)作電位波形、數(shù)目和峰電位延時(shí)。刺激過(guò)程中，通過(guò)Brainware適時(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)作電位發(fā)放率與頻率或聲強(qiáng)的關(guān)系，刺激后放電直方圖（post-stimulus time histograms，PSTH），動(dòng)作電位波形。離線后，首先計(jì)算出第一動(dòng)作電位的平均延時(shí)（FSL），而后對(duì)不同頻率下FSL與聲強(qiáng)的關(guān)系進(jìn)行分析。 先假設(shè)一個(gè)神經(jīng)元主要接受來(lái)自基底膜上一個(gè)部位的反應(yīng)，這部位的共振頻率相當(dāng)于該神經(jīng)元CF。這一部位對(duì)非CF頻率聲音

7、的反應(yīng)取決于這一部位對(duì)其它頻率聲音的濾波作用。神經(jīng)元FSL可以準(zhǔn)確地反應(yīng)某一頻率下聲音強(qiáng)度的變化，表現(xiàn)為FSL-聲強(qiáng)反應(yīng)曲線。神經(jīng)元對(duì)不同頻率反應(yīng)的FSL-聲強(qiáng)反應(yīng)曲線經(jīng)時(shí)間和強(qiáng)度等效（即曲線經(jīng)上下和水平移）后可以完全重疊。上下移代表頻率反應(yīng)通道改變，水平移代表神經(jīng)元閾值改變或?yàn)V波作用。只有水平移的代表單通道濾波的特性。平移值記為AdB，據(jù)公式Percentage=10 △dB/20+2算出濾過(guò)率，即非CF聲音幅度經(jīng)CF中心頻率濾波后的

8、有效聲音幅度百分比。據(jù)此百分比值將雙頻聲中非CF頻率成分標(biāo)準(zhǔn)化為CF下聲強(qiáng)，進(jìn)而將雙頻聲從數(shù)值上還原成CF下的聲強(qiáng)值。再作出FSL-聲強(qiáng)曲線并與CF刺激下引起的FSL-聲強(qiáng)曲線比較。兩者能完全重合的為單通道特性，不能重合的說(shuō)明神經(jīng)元接受來(lái)自多通道的投射，多通道間表現(xiàn)為易化或抑制作用。本實(shí)驗(yàn)記錄到43個(gè)神經(jīng)元，22為單峰神經(jīng)元，其中14個(gè)神經(jīng)元的延時(shí)反應(yīng)具有單通道濾波特性。 研究結(jié)果提示了，聽覺(jué)高級(jí)中樞的神經(jīng)元的延時(shí)反應(yīng)編碼頻率方