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1、1离体大鼠海马神经元自发放电活动一般 特征的研究作者：杨润生，潘盛武，方颖，杨盛昌【摘要】 观察离体大鼠海马锥体细胞的生理电发放模式。在脑脊液孵育下，将玻璃微电极插入到离体大鼠海马脑片锥体细胞附近，进行胞外电脉冲记录，微机记录并保存电信号。共观察到海马部神经元自发放电主要呈 5 种特征，分别为不规则发放、单波规则发放、紧张发放、阵发排放及周期排放型等形式。说明神经元的生理电发放模式可能与细胞的排列次序、生理应答呈一定的相关性。 【关键词】 大鼠海马；微电极；脑片；自发放电Abstract：To study the general characters of the rat hippocampu
2、s of the spontaneous electric activity of the ex-vivo pyramidal cells. We recorded the electrophysiology near the hippocampal pyramidal cells of the rat limbic system by capillary glass microelectrode with continous perfusion of the artificial cerebrospinal fluid(ACSF).Results showed that five chara
3、cters of spontaneous were recorded by the rat hippocampal cells,they were un-regulation release,single wave regular release,intension release,paroxysm release and period release.It proves that the characters of the rat hippocampus of the spontaneous electric activity may connect with the arrangement
4、 of the cells,and the respondence of the stimulants.Key words：Rat hippocampus；Microelectrode；Brain slice；Spontaneous discharge1 引 言边缘系统是大脑皮层内侧皮质包裹的部分脑区之一，其主要组成包括了海马结构 (hippocampal)1。依据细胞的特性、分布和传入的不同，将海马分为四个区，即 CA1、CA2、CA3 和 CA4。目前认为，海马组织主要参与学习和记忆，是学习和记忆的通道,神经元的信息传导功能主要是通过以电信号的形式进行的，因此，微2电极电生理记录技术对揭示
5、神经元的工作状态有很重要的研究价值。目前，用脑薄片技术研究哺乳类海马锥体细胞的自发放电活动国内尚未有相关报道，本研究使用大鼠海马部作为脑薄片研究材料，用玻璃微电极进行细胞外电信号引导，微机记录波形及电脉冲声音，观察神经元自发放电特点。2 材料和方法2.1 材料本实验选用 1 月龄左右的大白鼠 60 只，雌雄不限。2.2 实验方法在乙醚麻醉下快速断头，取出大脑，置于人工脑脊液（ACSF）的小烧杯中降温 1 min，然后在冰台上用刀片进行修整，保留所需部位，再用 502 胶水将其固定在振动切片机的推进台上，固定好后迅速向切片槽内倒入充有 95%O2+5%CO2 的ACSF,深度以浸没脑薄片为宜，切
6、好后用平板小勺子将脑薄片移入孵育槽内的尼龙网上并立即进行灌流。脑脊液灌流速度为 23 ml/min。孵育 12 h 后可进行实验。采集电极为玻璃微电极，尖端阻抗为 46 M，内充 3 mol/L 的 NaCl，在微电极推进器的帮助下，插入到海马的 CA1 区进行记录，微机保存所得数据并同时进行监听放电情况。3 主要仪器设备及灌流液TCL 微机；HSS-1（B）型恒温浴槽（成都仪器厂）；微电极拉制器（三菱公司，日本）；3SWF-2W 微电极放大器（成都仪器厂）；RM6240BD 型多道生理信号采集处理系统（成都仪器厂）；体视显微镜（麦克奥迪，中国厦门）；步进式微电极操纵器（NARISHIGE,日
7、本）；氧气瓶；江湾 V-4 型振动切片机（上海第二军医大学）。人工脑脊液 (artificial cerebrospinal fluid, ACSF)的配方2为（mmol/L）：NaCl124, KCl4、MgSO47H2O2、CaCl22、NaHCO3 26、NaH2PO42H2O1.25、Glucose10 和蒸馏水，pH 值在 7.2 左右，现配现用。4 实验结果 本实验中，我们选择在活性较好的海马脑薄片标本上 CA1 区处，共记录到 120个进针位点的自发放电活动，根据其放电形式和特征，大致可归纳出以下几种类型：4.1 不规则发放此类单位的数量为 33/120，占 27.5%。电信号单
8、位出现的频率、幅度及持续时间都不是很稳定，单个发放与阵发夹杂进行，最大峰峰值在 1 600 V 左右，不规则发放是本实验中能观察到的细胞放电类型中出现频率较多的一类（见图 1）。4.2 单波规则发放此类单位的数量为 50/120，占 41.7%。电信号单位出现的频率、幅度及持续时间都比较稳定，其峰峰值是几种类型发放中最大的一种。本实验记录中最大幅度可达 8 000 V，一般的发放也可达到 1 5001 800 V。本类电发放幅度均一，频率稳定，是本实验能观察到的细胞放电类型中幅度最大，且出现频率最多的一类波形（见图 2）。44.3 紧张发放型该型单位发放数量为 16/120，占 13.3%。其
9、发放特点是放电极为迅速，发放频率相当高，可达 0.02 ms。幅度则较低，平均约 1 000 V（见图 3）。4.4 阵发排放型此类单位的数量较少，只有 5/120，占 4.1%。其特点是暴发期间隔很长，一般在37 s 发放一次，最长间隔可达 120 s 以上，最大峰峰值在 1 300 V 左右。最密集的单次阵发排放可达 60 个波形以上（见图 4）。4.5 周期排放型本实验中观察到，以此类型发放的单位所占比率不高，为 16/120，占 13.3%。其发放特点有明显的周期性且呈串式发放，每串的放电为 1124 个波形，不同单位的发放周期不尽相同，从几秒到数十秒不等，每个单位的发放周期比较稳定，
10、每一周期内可明显地划分为放电期和休止期，放电期的总脉冲数没有一定的规律，放电幅度一般在 1 500 V 左右（见图 5）。5 讨 论海马神经元放电类型中的不规则发放型、单波规则发放、紧张发放型、阵发排放型及周期排放发等特征在海马锥体细胞部是比较常见的电活动方式，究其原因，可能与锥体细胞的特征有关。海马锥体细胞的胞体呈锥形，细胞排列整齐而紧密，其间只有少量的神经细胞（如篮细胞、间隙细胞和门区细胞等）散布在各锥体层中，而 CA1 区的锥体细胞的顶树突上的树突棘结构较简单，当微电极所处的位置合5适时，电信号就有可能发生谐振或减振等物理现象，从神经元的应答方面分析，不同的电信号则很有可能代表某种生理信
11、息的表达。据报道，在脑的许多结构如大脑皮层2-3、下丘脑4、海马3,5-6等存在KATP 通道，但由于所采用细胞的发育水平不同和所用的记录方式不同，所报道的 KATP 通道在激活条件、单通道电导、通道的整流特性、药物作用等方面存在着很大的差异。其中，不规则连续放电、慢速放电、阵发性排放、周期性排放等四种基本类型与大鼠下丘脑薄片室旁核神经元7，蟾蜍视顶盖脑薄片神经元自发放电的形式基本相似8，因动物种类、脑薄片部位等因素的差异而呈现不同的电发放特征，这些差异主要表现在放电持续的时间、频率、幅度以及潜伏期等方面。【参考文献】1孙久荣.神经解剖生理学M.北京大学出版社,2004：226-227.2As
12、hford MLJ,Sturgess NC,Trout NJ et al.Adenosine-5-triphosphate sensitive ion channels in neonatal rat cultured neuronsJ.Pflugers Arch,1988,214:297-304.3Ohno-Shosaku T,Yamamoto C.Identification of an ATP-sensitive K+ channel in rat cultured cortical neuronsJ.Pflugers Arc,1992,422:260-266 4Ashford MLJ,
13、Boden PR,Treherne JM.Glucose induced excitation of hypothalamicneurones is mediated by ATP-senditive K+ channelJ. Pflugers Arc,1990,415:479-483.5Politi DMT,Rogawski MA.Glyburde senditive K+ channels in cultured rat hippocampal neurons:activation by cromakalim and energy depleting conditionsJ. Mol Ph
14、armacol,1991,40:308-315.6Zawar C,Plant TD,Schirra C，et al.Cell-type specific expression of ATP-sensitive potassium channels in the rat hippocampusJ.J Physiol(Lond),1999,514:327-341.7邪宝仁.5-HT 对大鼠下丘脑脑薄片室旁核神经元自发放电活动的作用J.生理学报，1990，42：202-206.68杨盛昌,潘盛武.蟾蜍视顶盖细胞自发活动特性脑片灌流研究J.广西师范大学学报(自然科学版),1994，12(1):87-9
15、3.4 实验结果 本实验中，我们选择在活性较好的海马脑薄片标本上 CA1 区处，共记录到 120个进针位点的自发放电活动，根据其放电形式和特征，大致可归纳出以下几种类型：4.1 不规则发放此类单位的数量为 33/120，占 27.5%。电信号单位出现的频率、幅度及持续时间都不是很稳定，单个发放与阵发夹杂进行，最大峰峰值在 1 600 V 左右，不规则发放是本实验中能观察到的细胞放电类型中出现频率较多的一类（见图 1）。4.2 单波规则发放此类单位的数量为 50/120，占 41.7%。电信号单位出现的频率、幅度及持续时间都比较稳定，其峰峰值是几种类型发放中最大的一种。本实验记录中最大幅度可达
16、8 000 V，一般的发放也可达到 1 5001 800 V。本类电发放幅度均一，频率稳定，是本实验能观察到的细胞放电类型中幅度最大，且出现频率最多的一类波形（见图 2）。4.3 紧张发放型该型单位发放数量为 16/120，占 13.3%。其发放特点是放电极为迅速，发放频率7相当高，可达 0.02 ms。幅度则较低，平均约 1 000 V（见图 3）。4.4 阵发排放型此类单位的数量较少，只有 5/120，占 4.1%。其特点是暴发期间隔很长，一般在37 s 发放一次，最长间隔可达 120 s 以上，最大峰峰值在 1 300 V 左右。最密集的单次阵发排放可达 60 个波形以上（见图 4）。4.5 周期排放型本实验中观察到，以此类型发放的单位所占比率不高，为 16/120，占 13.3%。其发放特点有明显的周期性且呈串式发放，每串的放电为 1124 个波形，不同单位的发放周期不尽相同，从几秒到数十秒不等，每个单位的发放周期比
