小鼠下丘聽神經(jīng)元反應延時表達頻率的單通道特性.pdf

1、動物的聽覺系統(tǒng)準確的反應外界聲音信息對于動物體的生存具有至關重要的作用。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，持續(xù)時間等。第二即聲音的來源問題，如聲音所在位置相對于動物體的方位角。動物體需要在同一時間對這些復雜信息進行編碼，這一過程是如何完成的一直都是神經(jīng)科學領域最具活力的研究課題之一。 聽覺系統(tǒng)對于頻率的編碼最為人熟知的工作是伯克西在上世紀50年代提出的行波理論。這一理論認為，基底膜的不同部

2、位響應不同頻率：基底膜底部響應高頻，基底膜的頂部響應低頻?；啄み@種對頻率響應的部位選擇性被稱為耳蝸拓撲地形（cochleaotopographic）組構。聽覺傳導通路上每一神經(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)生反應所需最小聲強的聲音頻率）或最佳頻率（best frequency，BF，即神經(jīng)元對某一強度反應最大的聲音頻率）。聽覺傳導路上不同水平或核團神經(jīng)元的

3、CF或BF也存在著頻率表達的拓撲結構。這種從外周到中樞各級的頻率拓撲結構提示，聽覺系統(tǒng)可能是通過平行級層投射的方式進行信號處理的。 由于基底膜各點具有帶通濾波特性，所以要證明聽覺系統(tǒng)的平行投射假說，就需首先證明聽覺神經(jīng)元對刺激頻率的反應也有帶通濾波特性。 為了證明聽覺系統(tǒng)具有這種帶通過濾波特性，首先需要找到一個準確的神經(jīng)元特征來作為分析指標。某一聲刺激誘導神經(jīng)元發(fā)放動作電位，通常情況下動作電位發(fā)放數(shù)（SC，Spike C

4、ount）或數(shù)率（SR，Spike Rate）被作為測量神經(jīng)元反應特性的指標。而過去15年里，越來越多的觀點支持感覺系統(tǒng)對刺激的編碼可能更多的是由神經(jīng)元放電的時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)元動作電位潛伏期在工作一個很小的范圍波動，相對于神經(jīng)元發(fā)放率，潛伏期編碼信息更為經(jīng)濟。 因此本研究在小鼠下丘用在體細胞外記錄的方法記錄聽覺神經(jīng)元對聲音刺激的反應。將一約1．5cm長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。保持動物雙耳不被遮擋以接受自由場聲刺激。通過Tucker-Davis Technology系統(tǒng)3來改變聲音刺激及記錄動物腦組織放電。確定單神經(jīng)元發(fā)放模式后，通過改變短純音聲刺激的頻率和強度來測定神經(jīng)元的CF和最小閾值（minimum threshold，MT）。接著用不同的頻率-強度短純音和雙頻聲進行聲刺激掃描，采集聲

6、刺激誘發(fā)的動作電位波形、數(shù)目和峰電位延時。刺激過程中，通過Brainware適時監(jiān)測動作電位發(fā)放率與頻率或聲強的關系，刺激后放電直方圖（post-stimulus time histograms，PSTH），動作電位波形。離線后，首先計算出第一動作電位的平均延時（FSL），而后對不同頻率下FSL與聲強的關系進行分析。 先假設一個神經(jīng)元主要接受來自基底膜上一個部位的反應，這部位的共振頻率相當于該神經(jīng)元CF。這一部位對非CF頻率聲音

7、的反應取決于這一部位對其它頻率聲音的濾波作用。神經(jīng)元FSL可以準確地反應某一頻率下聲音強度的變化，表現(xiàn)為FSL-聲強反應曲線。神經(jīng)元對不同頻率反應的FSL-聲強反應曲線經(jīng)時間和強度等效（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通道改變，水平移代表神經(jīng)元閾值改變或濾波作用。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頻率成分標準化為CF下聲強，進而將雙頻聲從數(shù)值上還原成CF下的聲強值。再作出FSL-聲強曲線并與CF刺激下引起的FSL-聲強曲線比較。兩者能完全重合的為單通道特性，不能重合的說明神經(jīng)元接受來自多通道的投射，多通道間表現(xiàn)為易化或抑制作用。本實驗記錄到43個神經(jīng)元，22為單峰神經(jīng)元，其中14個神經(jīng)元的延時反應具有單通道濾波特性。 研究結果提示了，聽覺高級中樞的神經(jīng)元的延時反應編碼頻率方