小鼠下丘同側(cè)耳輸入在雙耳聽覺信息整合中的增益調(diào)節(jié)作用.pdf

1、人和動(dòng)物的聽覺系統(tǒng)能夠從復(fù)雜的聲學(xué)環(huán)境中感知有意義的聲學(xué)信息而且能準(zhǔn)確的判斷聲源方位，這與聽覺系統(tǒng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)及通路密切相關(guān)，而且在這個(gè)過程中，腦對雙耳的聽覺信息的整合發(fā)揮了重要作用。當(dāng)某一聲源處的聲音信息與人的相對位置不同時(shí)，到達(dá)兩側(cè)耳的聲音信息不同，經(jīng)過聽覺系統(tǒng)分析所產(chǎn)生的聽覺意識則不同。同一聲音信息經(jīng)過同側(cè)耳和對側(cè)耳到達(dá)聽覺中樞神經(jīng)元的通路不同，所產(chǎn)生的效果也不同。在聽覺中樞核團(tuán)中，有的神經(jīng)元只接受來自一側(cè)下級神經(jīng)元的輸入，有的神經(jīng)

2、元?jiǎng)t接受雙側(cè)下級神經(jīng)元的輸入，有的神經(jīng)元的上行輸入來源更為復(fù)雜，因此神經(jīng)元對聲音刺激的反應(yīng)特性也復(fù)雜多樣。
　　 在聽覺中樞傳導(dǎo)通路核團(tuán)中，存在許多雙耳神經(jīng)元。雙耳神經(jīng)元是指對雙耳刺激敏感的神經(jīng)元，它接受來自雙側(cè)的下級神經(jīng)元的輸入。聲音從外界通過外耳、中耳傳到內(nèi)耳后，在內(nèi)耳經(jīng)過初步分析后轉(zhuǎn)化為神經(jīng)沖動(dòng)，經(jīng)聽神經(jīng)傳到耳蝸核(cochlear nucleus，CN)。耳蝸核神經(jīng)元可直接傳到對側(cè)下丘(inferior collicul

3、us，IC)，也可以直接投射到上橄欖復(fù)合體(superior olive complex，SOC)和外側(cè)丘系核(nuclei of lateral lemniscus，NLL)，然后再投射到下丘。耳蝸核神經(jīng)元不僅投射到同側(cè)聽覺核團(tuán)，而且通過斜方體投射到對側(cè)的腦干聽覺核團(tuán)。其中上橄欖復(fù)合體是上行聽覺系統(tǒng)中第一個(gè)整合雙耳聽覺信息的部位，包括外側(cè)上橄欖核(lateral superior olive，LSO)和內(nèi)側(cè)上橄欖核(medial su

4、perior olive，MSO)和斜方體內(nèi)側(cè)核，它接受來自同側(cè)和對側(cè)耳蝸核神經(jīng)元的投射。上橄欖復(fù)合體的神經(jīng)元再進(jìn)一步投射到外側(cè)丘系核以及下丘。因此下丘及以上聽覺中樞(如內(nèi)側(cè)膝狀體、聽皮層)也具有雙耳整合功能。
　　 下丘是聽覺通路的一個(gè)重要的中繼站，它既接受來自低位腦干的上行投射，又接受來自下丘以上聽覺中樞的下行輸入，這些投射關(guān)系構(gòu)成了IC復(fù)雜的輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)有的研究表明這些投射可以分為抑制性輸入和興奮性輸入。上行至下丘的通

5、路主要起源于耳蝸核、上橄欖復(fù)合體、外側(cè)丘系核，形成單耳和雙耳輸入通路。對許多動(dòng)物的研究表明，AVCN、PVCN、DCN都投射到對側(cè)IC，為IC提供直接單耳輸入。上行到IC的雙耳輸入主要來源是雙耳整合核團(tuán)，如MSO、LSO、DNLL。下行至下丘的投射主要來自皮層(auditory cortex，AC)、內(nèi)側(cè)膝狀體(medial geniculate body, MGB)和上丘(superior colliculus，SC)。下丘神經(jīng)元的這

6、種接受來自許多聽覺核團(tuán)的直接或間接、單耳或雙耳、同側(cè)或?qū)?cè)的、抑制或興奮的投射，為下丘的雙耳信息整合提供了解剖學(xué)和生理學(xué)基礎(chǔ)。在下丘雙耳神經(jīng)元中，有的神經(jīng)元的雙耳特性來源于下級雙耳神經(jīng)元的直接輸入，輸入來源相對單一;有的神經(jīng)元的雙耳特性則是在下丘內(nèi)形成，輸入來源較為復(fù)雜。目前對于聽覺雙耳神經(jīng)元的研究已有很多，如雙耳神經(jīng)元的反應(yīng)類型、雙耳神經(jīng)元的輸入來源以及環(huán)路等，已取得較大進(jìn)展。
　　 本實(shí)驗(yàn)主要是通過雙側(cè)、對側(cè)、同側(cè)三種給聲方

7、式(雙側(cè)、對側(cè)、同側(cè)均給予相同的聲音刺激)在小鼠下丘上記錄神經(jīng)元的雙耳反應(yīng)，三種給聲方式隨機(jī)化，實(shí)驗(yàn)后對所記錄神經(jīng)元的雙耳反應(yīng)進(jìn)行分類，并分析這三種給聲方式下反應(yīng)間的相互關(guān)系，探討在雙耳反應(yīng)中，對側(cè)、同側(cè)的輸入究竟起到什么樣的作用。
　　 結(jié)果在小鼠下丘中央核上共記錄到104個(gè)神經(jīng)元的雙耳反應(yīng)。根據(jù)神經(jīng)元對雙側(cè)、對側(cè)、同側(cè)給聲后反應(yīng)的感受野(receptive field，RF)的形態(tài)不同將所記錄神經(jīng)元的雙耳反應(yīng)大致分為Type

8、1-Type6六種類型:其中Type1和Type2同側(cè)給聲沒有響應(yīng)，Type1中的對側(cè)感受野RF比雙側(cè)RF弱，而Type2中的對側(cè)RF比雙側(cè)RF強(qiáng);Type3和Type4同側(cè)給聲有響應(yīng)但RF相對很弱，Type3中對側(cè)RF比雙側(cè)RF強(qiáng)(或相當(dāng))，而Type4中對側(cè)RF比雙側(cè)RF弱;Type5中同側(cè)、對側(cè)和雙側(cè)RF都相當(dāng);而Type6中同側(cè)RF和對側(cè)RF分離并且雙側(cè)RF表現(xiàn)為兩者RF之間的加和，在我們的結(jié)果中，前四種類型較多，第5種較少，而

9、第6種極為少見。我們以給聲后神經(jīng)元反應(yīng)RF的特征頻率(characteristic frequency，CF)、最小閾值(minimum threshold，MT)、帶寬(bandwidth，BW)、動(dòng)作電位發(fā)放數(shù)( spike count，SC)為指標(biāo)，比較雙側(cè)、對側(cè)、同側(cè)反應(yīng)的RF間的關(guān)系。結(jié)果經(jīng)分析后發(fā)現(xiàn)在所記錄神經(jīng)元的雙耳反應(yīng)中，對側(cè)興奮、同側(cè)為抑制作用的神經(jīng)元占大多數(shù)。對同側(cè)與對側(cè)、對側(cè)與雙側(cè)RF間CF、MT、SC、BW參數(shù)的

10、比較后，發(fā)現(xiàn)同側(cè)與對側(cè)RF間除了CF無顯著差異外，在MT、SC、BW上均有顯著差異，且同側(cè)響應(yīng)較對側(cè)響應(yīng)差;而雙側(cè)與對側(cè)RF間除了SC有差異外，在MT、SC、BW上均無顯著差異，即雙側(cè)響應(yīng)RF在形態(tài)上與對側(cè)RF較相似。而后對雙側(cè)反應(yīng)的發(fā)放數(shù)與對側(cè)反應(yīng)的發(fā)放數(shù)比較后發(fā)現(xiàn)，兩者成一定的線性關(guān)系，根據(jù)同側(cè)有無響應(yīng)將所記錄的神經(jīng)元的雙耳響應(yīng)分成兩組，計(jì)算雙側(cè)與對側(cè)發(fā)放數(shù)間的線性回歸系數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)同側(cè)有響應(yīng)組和無響應(yīng)組的回歸系數(shù)均有一定的分布范圍

11、，不同神經(jīng)元的發(fā)放數(shù)回歸系數(shù)有差異性，結(jié)合前面分析比較的結(jié)果，我們得出下丘雙耳聽覺響應(yīng)主要由對側(cè)耳輸入決定，同側(cè)的響應(yīng)差異很大，由此我們認(rèn)為同側(cè)耳輸入對這種發(fā)放數(shù)的回歸系數(shù)差異性起到調(diào)控作用。如果把這個(gè)回歸系數(shù)可以看作對側(cè)耳輸入響應(yīng)與雙耳輸入響應(yīng)的增益，顯然，這個(gè)增益的大小由同側(cè)耳輸入決定。所記錄的神經(jīng)元雙耳反應(yīng)中，同側(cè)的響應(yīng)復(fù)雜多樣，那么，同側(cè)增益的大小是否與同側(cè)響應(yīng)區(qū)域的大小有關(guān)呢，我們將所有響應(yīng)區(qū)域和去掉同側(cè)響應(yīng)區(qū)域后的雙側(cè)與對側(cè)

12、發(fā)放數(shù)間的回歸系數(shù)進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者無顯著差異，說明同側(cè)增益的大小與同側(cè)響應(yīng)RF大小無關(guān)。實(shí)驗(yàn)中我們采用的雙側(cè)、對側(cè)、同側(cè)給聲均是相同的聲音信息，在隨后改變同側(cè)聲強(qiáng)使雙耳具有一定的聲強(qiáng)差時(shí)記錄神經(jīng)元的雙耳響應(yīng)，然后將其與雙耳給相同聲音信息的雙耳響應(yīng)比較后發(fā)現(xiàn)，具有聲強(qiáng)差下的雙耳響應(yīng)與給相同聲音的雙耳響應(yīng)間對側(cè)與雙側(cè)發(fā)放數(shù)間的回歸系數(shù)無顯著差異，由此說明同側(cè)的增益與聲音信息無關(guān)，是神經(jīng)元所固有的一種作用。據(jù)此，本實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論:下丘雙耳