一種新異的神經(jīng)編碼方式-兔隱神經(jīng)無髓纖維的傳導編碼.pdf

1、長期以來，神經(jīng)纖維(軸突)被認為是個單一的傳導通道，如同分布于神經(jīng)元之間的電纜，其任務就是使攜帶信息的動作電位序列(或稱放電序列)忠實地從胞體傳導到神經(jīng)末梢，反之亦然。憑借大量的神經(jīng)纖維和為數(shù)眾多的分支以及突觸結構，神經(jīng)元之間以及與周邊感受器或效應器之間保持功能聯(lián)系，構成了復雜的信息加工與整合系統(tǒng)。 然而，越來越多的研究結果使人們不得不重新審視神經(jīng)纖維，特別是無髓纖維(C纖維)的功能。例如：C纖維的傳導具有顯著的后作用，使得后續(xù)

2、動作電位的傳導速度出現(xiàn)減慢或加快等非線性變化，短串脈沖刺激可使放電序列的動作電位間期(ISI)發(fā)生明顯改變，部分神經(jīng)纖維出現(xiàn)了折返傳導或傳導失敗等現(xiàn)象。這些結果都提示在某些條件下C纖維并非“忠實”地按照動作電位序列發(fā)生時的“原貌”進行傳導，而是在傳導過程中可能存在對放電序列的加工與整合。為了論證這一可能發(fā)生在神經(jīng)纖維傳導過程的信息加工與整合，揭示一種新的神經(jīng)信息編碼方式-“傳導編碼”，首先需要明確回答下述重要問題：(一)放電序列(主要指

3、動作電位間期ISI序列)發(fā)生了哪些規(guī)律性變化；(二)這些變化發(fā)生在傳導過程還是在刺激局部；(三)參予調變“傳導編碼”的基本機制與影響因素。本項課題按照這一思路展開了探索性研究，以求為揭示“傳導編碼”這一新現(xiàn)象提供科學依據(jù)。 本研究以家兔的隱神經(jīng)為實驗對象，應用在體單纖維分離技術，從胞外記錄單根C纖維放電序列，觀察不同方式(連續(xù)重復脈沖與串脈沖)和不同頻率刺激條件下放電間期ISI序列的變化規(guī)律，分析傳導速度與傳導距離變化以及相關通

4、道電流對放電間期ISI序列變化的影響，并運用數(shù)學模型進行驗證，為確立“傳導編碼”現(xiàn)象獲得基本的實驗與理論依據(jù)。 主要研究結果： 第一部分連續(xù)重復脈沖刺激引起放電ISI序列的變化 1、在連續(xù)重復脈沖刺激下，纖維放電形式存在很大差異。檢測了510根C纖維，根據(jù)放電序列(主要指ISI序列)變化和動作電位丟峰形式可以將纖維分為三類。Ⅰ類為不丟峰纖維(81根，占檢測纖維總數(shù)16.9％)，在33Hz或低于該頻率的重復刺激(連

5、續(xù)1000次)，可連續(xù)放電不發(fā)生丟峰，ISI序列除了起始幾次略微減小外基本保持不變。Ⅱ類為交替丟峰纖維(79根，14.7％)，分別在5、10、20和33Hz頻率重復刺激時，可交替出現(xiàn)串放電與長時間丟峰。Ⅲ類為無規(guī)則丟峰纖維(349根，68.4％)，分別在5、10、20和33Hz頻率重復刺激時，發(fā)生程度不同的無規(guī)則丟峰，ISI序列發(fā)生了顯著改變。 2、不同類型纖維在重復刺激時傳導速度(CV)的變化程度不同。不丟峰類型纖維的平均CV

6、為1.41 m/s(n=20)。給予20Hz(1000個脈沖)刺激， CV呈指數(shù)形式降低到1.05m/s，沒有發(fā)生丟峰。但在起始的數(shù)個放電的CV從1.31m/s上升到1.34m/s，然后逐漸下降。交替丟峰纖維平均CV為0.84m/s(n=20)，在重復刺激過程中CV逐漸減慢，當降低到0.68m/s(n=20)，則發(fā)生傳導丟峰。經(jīng)過一段間歇期，CV從0.68m/s升高到0.72m/s，重新出現(xiàn)放電直到CV減慢到一定程度再次出現(xiàn)丟峰期，依次

7、交替變化。無規(guī)則丟峰纖維的平均CV為1.01m/s(n=20)，重復刺激過程中不斷減慢。當CV下降到0.83m/s(n=20)則發(fā)生不規(guī)則丟峰，此后CV圍繞在0.83m/s左右波動。 3、Ⅱ類與Ⅲ類丟峰纖維在重復刺激出現(xiàn)丟峰前ISI出現(xiàn)明顯的波動。根據(jù)波動幅度變化可將丟峰前ISl分為三個時相：第一時相ISI短暫的增大，其幅值大于刺激問隔，變異系數(shù)大于0.02。第二時相ISI保持較長時間的穩(wěn)定，ISI與刺激間隔相近，變異系數(shù)小于0

8、.02。第三時相ISI圍繞刺激間隔出現(xiàn)大較大幅度的正負波動，波動幅度越來越大呈現(xiàn)“喇叭口”形狀，直至出現(xiàn)丟峰。Ⅱ類與Ⅲ類纖維三個時相的長短以及相關參數(shù)有明顯差異。 4、在連續(xù)重復刺激過程中，活動依賴性CV減慢和ISI波動兩個條件的相互組合是決定丟峰的條件。當交替丟峰纖維CV減慢程度小于6％時：ISI的波動幅度小于0.2ms，ISI序列保持于穩(wěn)定狀態(tài)。一旦CV減慢程度大于6％， ISI序列出現(xiàn)明顯的波動，當CV減慢程度達到14％時

9、，ISI波動幅度達到3ms，隨即發(fā)生丟峰；在無規(guī)則丟峰纖維，在CV減慢程度小于27％時，ISI序列保持穩(wěn)定狀態(tài)，波動幅度小于0.10ms。一旦CV減慢程度大于27％時，ISI序列出現(xiàn)明顯的波動。當CV減慢達到34.8％時，ISI波動達到了1.70ms，隨即發(fā)生丟峰。 5、在同-C纖維上兩個不同傳導距離(76±5mm、44±6mm)對傳導丟峰的影響不同(N=14)。兩個部位靜息時的CV相似，但分別施加20Hz刺激20s時，長距離刺

10、激引起丟峰所經(jīng)歷的時間為16.0±0.7s，而短距離刺激則需要27.0±0.6s；此時前者CV減慢的程度為10.0±2.0％，后者為17.5±3.0％，表明傳導距離越長，越容易引起丟峰。 6、4．AP(I<,A>電流阻斷劑， 10、 20、40μM)能夠濃度依賴性地減弱甚至消除重復刺激引起的交替丟峰或無規(guī)則丟峰現(xiàn)象，并且使活動依賴性CV減慢曲線斜率相應減小。在檢測的40例中29例出現(xiàn)類似結果，8例在4-AP作用下放電反而減少，3

11、例4-AP無明顯作用。 7、ZD7288(I<,h>電流阻斷劑，5、 10、 20μM)能夠濃度依賴性地增強重復刺激引起的交替丟峰或無規(guī)則丟峰現(xiàn)象，并且使活動依賴性CV減慢曲線斜率相應增大。在檢測的40例中22例出現(xiàn)了類似結果，另有9例對ZD7288不敏感無明顯作用，4例丟峰程度出現(xiàn)輕微增加，5例加入5μM的ZD7288便使放電完全消失。 8、借助H-H方程進行了數(shù)值模擬能初步模擬試驗中觀察到的一些現(xiàn)象。在改變模型參數(shù)時

12、能夠模擬動作電位傳導速度發(fā)生改變，無規(guī)則丟峰、交替丟峰、不丟峰形式的傳導，與實驗中觀察到的現(xiàn)象一致。 第二部分串脈沖刺激引起放電ISl序列的變化 1、在串脈沖刺激下，纖維之間放電形式有很大差異。施加串脈沖刺激，每串5個脈沖，串內脈沖間隔20或50 ms，串間隔為200或500ms，共200串刺激。根據(jù)ISI(主要指首個ISI即ISI<,1-2>)變化的特征將纖維分為三類。第一類纖維，ISI<,1-2>先增大后減小。當給予

13、串脈沖刺激(串內脈沖間隔20ms)，ISI<,1-2>逐漸增加到24ms,然后一直減小到8ms,并維持在8ms附近，ISI<,2-3>、ISI<,3-4>、ISI<,4-5>也發(fā)生不同程度的變化。第二類型纖維ISI<,1-2>出現(xiàn)增大與減小的交替波動。當施加串刺激的串內間隔為50ms,串間間隔為500ms時，ISI<,1-2>增大到54ms，隨后減小到48ms，又增大到51ms，再又減小到50ms,隨即發(fā)生丟峰。第三類纖維ISI<,1-

14、2>維持在較大水平。例如給予串內間隔為50ms,串間間隔為500ms的串刺激，ISI<,1-2>增大到54ms，并且維持一段時間后才緩慢減小到52ms，隨即發(fā)生了丟峰。 2、4-AP可導致串刺激引起的ISI變異程度濃度依賴性減小。當施加10μM4-AP，ISI<,1-2>最小值由12.5ms轉變到14.0ms，穩(wěn)定值由15.0ms轉變到16.5ms。當加入20μM ZD7288后，ISI<,1-2>最小值轉變?yōu)?5.0ms，穩(wěn)定

15、值在18.0ms。 3、ZD7288可導致串刺激引起的ISI變異程度濃度依賴性增大。例如給予纖維串內間隔為20ms，串間間隔為200ms的串刺激。當加入5μMZD7288后，ISI<,1-2>最小值由對照組的15.0ms轉變?yōu)?3.5ms，最后穩(wěn)定值則由19.5ms轉變成18.0ms。 4、串刺激的串間間隔改變可顯著影響ISI的排列。當串內間隔固定為30ms，串間間隔分別為400ms、300ms、200ms，可以看到隨著

16、串間刺激間隔的減小，ISI的變化也越來越大，400ms時只有ISI<,1-2>的變化比較大，其余三個ISI變化很小，而當串間問隔改為300ms或200ms時，其余3個。ISI的變化也逐漸增大。 主要結論： 1、連續(xù)重復脈沖刺激能使大部分C纖維的放電ISI序列發(fā)生顯著的變化，可分為連續(xù)放電、交替丟峰與不規(guī)則丟峰三種基本類型。 2、連續(xù)串脈沖刺激可使C纖維的放電ISI序列(主要指各串1-2放電間隔)分別發(fā)生先增大后減

17、小、增大與減小多次波動以及持續(xù)減小等三種基本類型的變化。 3、C纖維的放電ISI序列變化的主要原因是傳導速度的活動依賴性減慢。 4、在連續(xù)脈沖刺激出現(xiàn)丟峰之前C纖維發(fā)生了ISI與傳導速度的波動。不同類型纖維ISI波動的幅度與時程有明顯差異，但是不同類型纖維丟峰前傳導速度波動程度相近似，它可作為出現(xiàn)丟峰的“指示器”。 5、ISI變異程度以及丟峰的程度與動作電位傳導的距離相關，表明刺激引起的放電ISI變化發(fā)生在傳導過