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小鼠下丘神经元的频率表征及其频率调谐:在体细胞内记录

张村  
【摘要】: 频率(frequency)是声音的3个基本的特征参数之一,而每个听中枢神经元均能对一定范围的声频率产生反应,并可以不同的电位变化形式进行表征,将所感受到的频率变化以不同电位形式和时间形式进行编码。先前有关听神经元频率调谐及其表征的研究基本是采用细胞外记录方法研究获得。由于细胞内记录研究听神经元频率调谐具有较大的难度,致使至今少见有采用细胞内记录方法研究频率调谐方面的报道。本实验采用自由声场刺激,在体细胞内记录浅麻醉状态下昆明小鼠(Musmusculus, Km)下丘(inferior colliculus, IC)神经元在固定强度下对不同频率(1-48kHz)纯音刺激的反应及其调谐和表征方式。 实验共记录到80个声敏感的IC神经元,对其中39个具完整数据的神经元加以分析,这些神经元的记录深度、最佳频率、频率响应带宽、反应潜伏期(平均值士标准差)分别为:345~1871 (963±352)μm、5±33(17.0±8.6) kHz、7~47(30.3±11.7) kHz、3.5~19.2 (11.2±3.8) ms。 结果显示:1、依据神经元对频率变化反应和表征的形式分为4种类型:①以抑制性突触后电位(inhibitory post-synaptic potential, IPSP)或自发动作电位发放终止及持续时间的形式表征频率变化和调谐特性(n=9)。②以兴奋性突触后电位(excitatory postsynaptic potential, EPSP)形式表征频率变化和调谐特性(n=7)。③以动作电位((Action potential,AP)形式表征频率变化和调谐特性(n=18)。④以复杂性反应(complex response)即多种电位变化形式表征频率变化和调谐特性(n=5)。2、从第一个IPSP、EPSP和AP反应的潜伏期来看,三类反应的潜伏期均随给声频率的改变表现出一定的调谐特性,即在神经元最佳频率下潜伏期值最短,无论是向高或低偏离最佳频率时均随之延长;另从IPSP和EPSP反应的绝对幅度、持续时间、上升和衰减时间来看,除上升时间不随频率改变而发生显著性变化外,其余参数在最佳频率下均表现为最佳反应状态,随向高或低偏离最佳频率,反应逐渐减弱。3、在最佳频率下,3种电位变化的潜伏期组间比较显示,IPSP反应的平均潜伏期最短(8.8±3.4ms), EPSP反应潜伏期次之(9.3±4.0ms), AP反应的潜伏期最长(12.8±3.2 ms),其变化有显著性差异(P0.05);另外,最佳频率下IPSP的平均持续时间(285.3±187.5 ms)、上升时间(22.1±13.1 ms)和衰减时间(263.3±182.6ms),均较EPSP的持续时间(37.6±68.1 ms)、上升时间(5.0±6.5 ms)和衰减时间(32.6±62.0 ms)显著延长(P0.05);而EPSP(5.3±2.1mV)和IPSP(7.0±3.5mV)的幅度变化无显著性差异(P0.05)。 上述结果提示,下丘神经元对频率改变的表征和调谐方式主要有动作电位、EPSP和IPSP3种形式,而3者的反应潜伏期和EPSP与IPSP的幅度、反应持续时间、上升时间和衰减时间,均可参与听神经元对频率的表征和调谐。另外,比较第一个反应的潜伏期,以IPSP反应的潜伏期最短、EPSP反应次之,AP反应最长,表明局部反应能实时(real time)反映刺激参量的变化;而AP要经EPSP的时间和空间总和达到某一临界值后才能爆发,故耗时较长;且IPSP反应潜伏期最短提示下丘神经元听反应过程中抑制性输入总是率先到达。而持续时间IPSP显著长于EPSP,这可能是由于从超极化性的IPSP恢复至静息电位需要的时间长于从去极化性的EPSP恢复至静息电位的时间所导致的。


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