豚鼠小腦齒狀-中位核在經(jīng)典眨眼條件反射建立過程中的作用研究.pdf

1、目的和方法: 長期以來人們一直認(rèn)為小腦只具有運(yùn)動調(diào)節(jié)功能，但近年來大量的實驗和臨床研究結(jié)果表明小腦可能參與了多種復(fù)雜的認(rèn)知和學(xué)習(xí)任務(wù)。例如，小腦在經(jīng)典眨眼條件反射的建立和表達(dá)的過程中可能發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。 經(jīng)典的眨眼條件反射的建立依賴于一種中性的條件刺激(CS，通常為一個聲音)和非條件刺激(US，通常為角膜吹氣)反復(fù)配對出現(xiàn)。初始聲音的出現(xiàn)不能引起眨眼反應(yīng)，但隨著CS與US配對訓(xùn)練的反復(fù)進(jìn)行，動物便可以在聽到聲音后立

2、隨出現(xiàn)眨眼反應(yīng)。大量的實驗研究(包括損毀、放電記錄、電刺激、可逆性失活和腦功能成像技術(shù)等)均提示小腦是這種眨眼條件反射獲得和表達(dá)的關(guān)鍵腦區(qū)。 小腦在解剖學(xué)上可分為小腦皮層和小腦核團(tuán)兩個不同部分。雖然該領(lǐng)域相關(guān)研究已取得了一系列進(jìn)展，但對于小腦皮層和深部核團(tuán)這兩部分在經(jīng)典眨眼條件反射建立和表達(dá)中作用的相對重要性及相互聯(lián)系仍存在較大的爭議。一部分研究認(rèn)為小腦的學(xué)習(xí)記憶功能基于皮層的LTD(longtermdepression)現(xiàn)象即

3、爬行纖維傳入可以長時程地抑制蒲氏細(xì)胞對苔狀纖維的傳入反應(yīng)，從而減弱了對深部核團(tuán)的抑制進(jìn)產(chǎn)生條件反射。在這一理論中深部核團(tuán)只是小腦的輸出結(jié)構(gòu)，沒有發(fā)生任何可塑性變化。另一部分研究則發(fā)現(xiàn)在小腦環(huán)路中齒狀一中位核與小腦皮質(zhì)同時接收條件刺激和非條件刺激的信息，二者在結(jié)構(gòu)上都有可能參與條件刺激和非條件刺激之間的整合過程。與這個觀點一致的是，長時程抑制(LTD)與長時程增強(qiáng)(LTP)兩種與聯(lián)合學(xué)習(xí)有關(guān)的突觸可塑性形式在小腦皮質(zhì)和齒狀一中位核中的存在

4、都分別得到證實。近年來有越來越多的研究支持后一種觀點認(rèn)為小腦深部核團(tuán)尤其是齒狀-中位核才是經(jīng)典眨眼條件反射這類聯(lián)合性學(xué)習(xí)記憶的關(guān)鍵靶區(qū)。 研究齒狀-中位核在經(jīng)典眨眼條件反射建立過程中的作用既能為明確小腦的運(yùn)動學(xué)習(xí)功能及機(jī)制提供支持，也能為更加全面地理解學(xué)習(xí)記憶神經(jīng)機(jī)制提供有益的幫助，具有非常重要的理論意義。 本研究分成三部分：(1)建立豚鼠經(jīng)典眨眼條件反射模型，記錄和觀察豚鼠齒狀-中位核神經(jīng)元在經(jīng)典眨眼條件反射建立過程中

5、的放電活動，從細(xì)胞水平觀察小腦齒狀-中位核是否直接參與經(jīng)典眨眼條件反射的建立過程及其神經(jīng)元在此過程中的活動特征；(2)使用低劑量的Y-GABA受體激動劑蠅蕈醇可逆性失活豚鼠小腦齒狀-中位核，觀察注射組動物眨眼條件反射建立和表達(dá)情況變化，從行為學(xué)水平研究齒狀-中位核在其中發(fā)揮的作用。(3)通過投射電鏡的方法觀察眨眼條件反射建立后豚鼠小腦齒狀-中位和神經(jīng)元突觸的超微結(jié)構(gòu)改變并分析其與行為改變之間的相互聯(lián)系。 結(jié)果: 1.經(jīng)典

6、眨眼條件反射建立過程中豚鼠齒狀-中位核神經(jīng)元的放電活動。 配對組動物在3天(包含6組)行為訓(xùn)練后均可獲得90％以上的條件反應(yīng)率。在經(jīng)典眨眼條件反射建立過程中，豚鼠齒狀-中位核神經(jīng)元表現(xiàn)出兩種特定的活動模式。40％(12/30)的神經(jīng)元在條件反射出現(xiàn)時活動發(fā)生改變，表現(xiàn)為神經(jīng)元發(fā)放隨條件反應(yīng)率和幅度的增強(qiáng)而增強(qiáng)。60％(18/30)的神經(jīng)元不會隨著條件反射的建立而發(fā)生改變，其放電模式與條件反射不相關(guān)。 2.蠅蕈醇小腦齒狀-

7、中位核微注射對經(jīng)典條件反射的建立和表達(dá)的影響。 本實驗中使用γ-GABA受體激動劑蠅蕈醇可逆性失活小腦齒狀-中位核，結(jié)果發(fā)現(xiàn)2.5ug/kg蠅蕈醇注射組動物的第2天至第4天，條件反射的建立和表達(dá)受到顯著抑制。2.5ug/kg注射組第5天訓(xùn)練水平與aCSF組訓(xùn)練第2天訓(xùn)練水平相當(dāng)，提示條件反射建立能力受到顯著抑制。停藥后條件反射的習(xí)得不受影響。條件反射完全建立后注射藥物，2.5ug/kg組動物條件反射完全消失，提示條件反射的表達(dá)同

8、樣受到完全抑制。而1.25ug/kg組動物在試驗中表現(xiàn)為部分抑制了條件反射的建立和表達(dá)。 3.條件反射建立后豚鼠小腦齒狀-中位和神經(jīng)元突觸的超微結(jié)構(gòu)變化 配對組動物在6天的條件反射訓(xùn)練后均可獲得90％以上的條件反應(yīng)率而非配對組動物6天時間內(nèi)條件反應(yīng)率持續(xù)低于10％，通過投射電鏡觀察小腦齒狀-中位核神經(jīng)元突觸超微結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)配對訓(xùn)練組的動物的小腦齒狀-中位核神經(jīng)元突觸超微結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)為凹型或凸型突觸有增加的趨勢，突觸間隙模糊，

9、遞質(zhì)小泡聚集成堆且靠近突觸前膜，后膜致密區(qū)(PSD)厚度明顯增厚，突觸活性區(qū)域增多，總長度顯著增加。提示突觸傳遞效能增加。 結(jié)論: 1.豚鼠小腦齒狀-中位核中存在與經(jīng)典眨眼條件反射建立相關(guān)的神經(jīng)元活動，提示小腦齒狀-中位核可能主動參與經(jīng)典眨眼條件反射的建立過程； 2.小腦齒狀-中位核可逆性失活可顯著抑制豚鼠經(jīng)典條件反射的建立和表達(dá)，提示小腦齒狀-中位核在經(jīng)典眨眼條件反射的建立過程中發(fā)揮重要作用，并且控制著條件反應(yīng)