中腦腹側(cè)被蓋區(qū)激活調(diào)控大鼠初級聽皮層神經(jīng)元反應(yīng)的細(xì)胞機(jī)制.pdf

1、研究背景和目的:
　　大鼠初級聽皮層(A1)接受來自聽覺丘腦的直接信息輸入,并對接受到的前級信息進(jìn)行整合加工。初級聽皮層在對聲音信息的辨別、加工、記憶等方面發(fā)揮不可替代的作用。初級聽皮層神經(jīng)元對于不同聲音刺激的反應(yīng)形式不一,反映了不同模式聲音刺激在神經(jīng)系統(tǒng)中誘發(fā)產(chǎn)生不同的神經(jīng)電活動并最終可能導(dǎo)致不同的行為學(xué)效應(yīng)。
　　大腦獎賞系統(tǒng)在生物體適應(yīng)環(huán)境和維持其生存發(fā)展的過程中發(fā)揮重要作用。中腦邊緣多巴胺能系統(tǒng)是獎賞系統(tǒng)的核心,中腦

2、腹側(cè)被蓋區(qū)( VTA)和位于腹側(cè)紋狀體的伏隔核(NAc)是其主要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),而多巴胺是其重要的分子基礎(chǔ)和神經(jīng)遞質(zhì)。中腦多巴胺能獎賞系統(tǒng)與大腦感覺皮層存在廣泛的纖維聯(lián)系,感覺信息(聽覺、視覺信息)在大腦皮層中的表達(dá)受到中腦獎賞系統(tǒng)的調(diào)控。在聽皮層,中腦VTA的激活更是能夠顯著影響初級聽皮層特征頻率的分布規(guī)律。
　　以往的在體神經(jīng)電生理研究表明,中腦多巴胺能獎賞系統(tǒng)的激活能夠顯著影響感覺皮層的神經(jīng)活動。在視皮層和聽皮層,已經(jīng)有研究報道

3、多巴胺能獎賞信號能夠選擇性調(diào)控二者的可塑性。Bao等人的研究發(fā)現(xiàn),在公認(rèn)的可塑性較差的成年大鼠聽皮層,當(dāng)微電流刺激激活中腦VTA后,聽皮層對于與電刺激配對的純音刺激的誘發(fā)反應(yīng)發(fā)生選擇性改變,根據(jù)VTA電刺激與純音刺激的配對先后順序而發(fā)生選擇性增強(qiáng)或減弱,而配對純音在聽皮層的代表區(qū)面積也發(fā)生相應(yīng)的顯著變化,暗示了中腦VTA的激活能夠改變配對感覺刺激的生物學(xué)意義。但是有關(guān)中腦獎賞系統(tǒng)調(diào)控初級聽皮層神經(jīng)活動和可塑性的研究仍遠(yuǎn)未深入,可能是由于

4、中腦獎賞系統(tǒng)復(fù)雜的纖維投射、多樣的生物學(xué)功能以及聽皮層多樣的活動狀態(tài)和反應(yīng)特性所致。另外,先前的研究手段單一、技術(shù)局限,或者通過腦組織切片研究多巴胺遞質(zhì)對于聽皮層活動的影響,或者利用鎢絲電極細(xì)胞外多單位記錄的手段研究中腦VTA激活對聽皮層整體特征頻率分布的影響。這些工作雖讓我們了解中腦VTA對于初級聽皮層活動的作用特點,但不能從單細(xì)胞水平解釋中腦VTA的激活調(diào)控初級聽皮層處理前級輸入信息的生理機(jī)制。而對于這一機(jī)制的理解將有助于我們深入研

5、究獎賞系統(tǒng)調(diào)控大腦感覺皮層功能和可塑性的生理機(jī)制,并加深對感覺皮層內(nèi)信息加工處理的生物學(xué)基礎(chǔ)問題的理解。
　　方法:
　　第一部分:初級聽皮層神經(jīng)元聲誘發(fā)反應(yīng)的電生理特征
　　運用在體場電位記錄技術(shù)、在體細(xì)胞貼附式膜片鉗技術(shù)、在體細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)記錄技術(shù)分別從皮層整體水平和單細(xì)胞水平研究 A1神經(jīng)元內(nèi)在感受野特性、聲誘發(fā)的A1神經(jīng)元反應(yīng)特征,并重點描述了兩種特殊類型聲誘發(fā)反應(yīng)的放電特性和膜電位特性:A1神經(jīng)元對純音/噪音

6、的差異性反應(yīng)和遲發(fā)型聽覺反應(yīng)。
　　第二部分:VTA激活對初級聽皮層神經(jīng)元的作用及其細(xì)胞機(jī)制
　　首先運用在體細(xì)胞外多單位記錄技術(shù)對 A1進(jìn)行功能定位,進(jìn)而利用細(xì)胞內(nèi)記錄技術(shù)在單細(xì)胞膜電位水平研究中腦VTA激活對A1神經(jīng)元聲誘發(fā)的興奮性與抑制性突觸后電位的影響。
　　結(jié)果:
　　第一部分:初級聽皮層神經(jīng)元聲誘發(fā)反應(yīng)的電生理特征
　　1.大鼠A1神經(jīng)元特征頻率與反應(yīng)閾值存在規(guī)律性分布:特征頻率位于低頻區(qū)的神經(jīng)

7、元反應(yīng)閾值較高,中頻區(qū)神經(jīng)元反應(yīng)閾值較低,高頻區(qū)閾值再升高。
　　2.在大鼠 A1中,有約10％的錐體神經(jīng)元表現(xiàn)出對噪音反應(yīng)抑制而對純音反應(yīng)增強(qiáng)的聲誘發(fā)反應(yīng)。其中,純音刺激引起的EPSP持續(xù)時間明顯長于白噪聲刺激組,EPSP幅度也明顯高于白噪聲刺激組。
　　3.約30%的初級聽皮層神經(jīng)元同時具有短潛伏期(約10ms)的起始相(onset)聽覺反應(yīng)和長潛伏期的遲發(fā)型聽覺反應(yīng)。場電位記錄、單細(xì)胞放電記錄和細(xì)胞內(nèi)膜電位記錄均顯示遲

8、發(fā)型聽覺反應(yīng)潛伏期遠(yuǎn)長于onset反應(yīng)潛伏期。
　　第二部分:VTA激活對初級聽皮層神經(jīng)元的作用及其細(xì)胞機(jī)制
　　1. VTA激活能夠引起A1神經(jīng)元的聲誘發(fā)放電總數(shù)和放電總時間的減少,但是提高神經(jīng)元在聲刺激的誘發(fā)反應(yīng)期內(nèi)的放電密度和時間精度。
　　2. VTA激活后,A1神經(jīng)元聲誘發(fā)EPSP的時程明顯縮短,但丘腦至聽皮層的興奮性輸入以及A1神經(jīng)元本身的興奮性未受影響。
　　3. VTA激活后,A1神經(jīng)元膜電位的超