《弱噪声对小鼠下丘神经元声反应动力学的影响及其机制探讨》由会员分享，可在线阅读，更多相关《弱噪声对小鼠下丘神经元声反应动力学的影响及其机制探讨（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、硕士学位论文M A S T E R ST H E S I S摘要大脑如何从复杂喧嚣的环境中提取有行为学意义的信息并对其加以处理、利用，一直是神经科学中的核心问题之一。现实环境中，所需信号常被空间上分散的噪声所掩蔽，因此中心问题是听觉系统如何抽提信号和在掩蔽存在的情况下完成其听觉任务。本研究的主要目的是通过模拟自然背景噪声，探讨弱噪声对下丘神经元感受声强以及对神经元声反应动力学范围的影响，并借此推断在背景噪声中，下丘神经元在整合和处理声信息中的作用。在自由声场刺激条件下，用相当于纯音闽下5d B 强度的弱包络自噪声( 或称弱噪声) 与纯音短声( 或称信号) 同步给出，观察和记录了弱噪声对小鼠(
2、M u sm u s c u l u sK m ) 下丘神经元声强处理、放电率函数和反应动力学范围的影响。共获得1 8 2 个神经元，对其中8 6 个神经元做了弱噪声影响的测试，结果发现：( 1 ) 弱噪声对神经元放电率的作用呈抑制( 7 9 ，一= 6 8 8 6 ) 、易化( i O 5 ，“ = 9 8 6 ) 和基本不受影响( 1 0 5 ，l = 9 8 6 ) 三种类型，其中抑制性的变化有极其显著差异( P o 0 5 ) ；( 2 ) 弱噪声对闽反应的抑制效应最强，并随纯音强度的增加抑制减弱( P O 0 5 ) i nt h e s et w ot y p e s T h ed
3、 e g r e eo fn o i s ei n h i b i t i o na tm i n i m u mt h r e s h o l d ( M T ) w a st h es t r o n g e s ti n 曲ew h o l ei n t e n s i t yd o m a i n a n dt h ei n h i b i t i o nd e c r e a s e dw i t ht h es i g n a li n t e n s i t yi n c r e a s i n g ( P 0 0 5 ，丹= 9 ) ：另有9 个神经元( 】0 5，9 8 6
4、) 放电率无明显变化( 尸 o 0 5 ，n = 9 ) ( 图2 C ) ，后两者均无显著性差异。实验中还注意观察了弱噪声对神经元潜伏期的影响，但不明显( 户O 0 5 。H = 8 6 ) 。硕士学位论文M A S T E R ST H E S I S羲彗S t i m u l u si n t e n s i t y ( d BS P L )圈2 弱噪声对神经元R I F 的影响A 抑制；B 易化；C 影响不明显。曲线a 和b 分别代表加入弱噪声前( a ) 后( b )神经元R I F C ( 柱) 表示阈上1 0 d B 放电率受抑制( A c ) 或易化( B c ) 的比例( 对
5、应于右纵坐标) 。这3 个代表性神经元的记录深度( m ) 、最佳频率( k H z ) 、和最小阙值( d BS P L ) 分别为A ：1 1 7 “ 7 ，1 0 2 ，4 1 ；B ：1 4 2 4 ，1 2 ，5 0 ；c ：1 2 1 3 ，l I8 ，3 3 。3 3弱噪声抑制对神经元声反应的影响3 3 I 对神经元M T 的影响弱噪声抑制使绝大部分神经元( 7 7 9 ，H = 5 3 6 8 ) M T 上移，M T 平均上移了6 9 4 2d B ( P oq毋口01苗唧搴l了nE硕士学位论文M A S T E R ST H E S I SA - 1W Od BS P LW
6、8 。N ：伯4 2 N 。18 N = 3 55 2b 2 N = 1 5J - - ，_ 叶- - L ，一 3 N = 7 66 2 N = “ ，弱2 0 A - 2 荻太矧k f矧：血掣2 ：止竺阳S t i m B u ，l u 8 m 幛n s i t y ( d B 印 ：5 ：型2 ：竺耄嚣j “，P 0 0 5 “ = 2 4 ) ( 图7 A 中自柱V S 斜线柱) 。显示B i c 导入去G A B A 能抑制对最大放电率的影响较对阈上1 0d B 放电率的影响更大。硕士学位论文M A S T E R ST H E S I Sw owb i c + n o i s e图
7、7 弱噪声和注射b i c 时引起的阙上1 0d B 放电率和最大放电率的变化A 和B 分别表示有( w ，黑枉) 无( W O ，向柱) 弱噪声及b i c + 噪声时( b i c + n o i s e ，斜线柱) 阈上l O d B 放电率和最大放电率，r l 示神经元数，用表示白柱、黑柱和斜线柱之间显著性差异的程度( ：P 0 0 5 ) 。柏0硕士学位论文M A S T E R ST H E S I S图I l 弱噪声抑制对神经元D R 影响的平均结果弱噪声使D R 减小( A ) 、增大( B ) 和儿乎不变( c ) 的平均结果，柱上方的数字为，值和神经元数。+ ”表示P 0
8、0 0 1 。3 4 4B i e 对解除弱噪声抑制所致D R 减小的作用在受弱噪声抑制性影响而D R 减小的4 9 个神经元中，对其中1 6 个神经元进行了B i c 电泳，除6 个神经元( 3 7 5 ，H = 6 1 6 ) 在B i c 前后R I F 的D R无明显变化外( 图1 2C 1 - - C - 3 ) ，其余神经元( 6 2 5 ，H = 1 0 1 6 ) 的D R 均受到不同程度的修饰，主要表现为D R 值增加，噪声抑制导致的神经元D R减小声强敏感性加强的影响被削弱，全部( 8 0 ，疗= 8 1 0 ) ( 图1 2A - 1 以_ 3 )或部分( 2 0 ，月=
9、 2 1 0 ) ( 图1 2 B I B 3 ) 解除了噪声产生的抑制。嗍删丁1 w删-w胞一 1 1 石|由呐培上wSaj0悖工赢CI一一血呐黜L如上w翟上m墨山咖硕士学位论文M A S T E R ST H E S I S1 2 01 0 0 8 06 04 02 00 O 2 04 06 0 o oO2 04 06 08 01 0 002 04 06 0 8 01 0 0：m4 05 06 07 08 D9 03 04 05 06 07 08 0 如3 04 05 06 07 08 09 0S t i m u l u si n t e n s i t y ( d BS P L )圈1
10、2 弱噪声抑制和注射h i e 解除噪声抑制引起的神经元D R 变化噪声作用后( 实心圆点) D R 较无噪声时( 空心圆点) 缩小，注射b i c 后( 实心三角)D R 完全恢复( A - j 、A 2 、A 3 ) 、部分恢复( B l 、B - 2 、B 一3 ) 和无明显变化( C - 1 、C - 2 、C 3 ) 。双箭头示D R ，其其体数值也在图上方标出。神经元的记录深度( Hm ) 、最佳频率( k H z ) 、和最小阈值( d BS P L ) 分别为A ：8 8 1 ，1 0 2 ，1 3 ；B ：1 0 4 7 ，11 6 ，3 8 ；C ：1 3 0 5 ，1 6
11、 2 ，3 6奔“一一盈船，一一建斧筵们o加柏o专c岛N嚣jn一硕士学位论文M A S T E R ST H E S I S4 、讨论众所周知，人和高等脊椎动物在完全隔离和安静的环境中会产生心理与行为异常，说明一定强度的背景噪声对听觉系统，以及人和高等脊椎动物维持正常心理与行为是必须的。临床上也观察到患者听力下降时，耳蜗核及一些低位听觉神经核内神经元的自发放电或称“内噪声”( i n t e r n a ln o i s e ) 明显减少，此时患者出现频率辨识能力降低、语言认知困难；频谱分析也发现在高等脊椎动物和人言语声的三种基本的特征组分中亦包含有噪声短声( n o i s eb u r s
12、 t ) 成分( S u g a ，1 9 7 3 ) 。4 1 给定强度的弱噪声抑制效应与信号强度之间的关系本研究发现阈下5d B 强度的弱噪声抑制在整个刺激强度范围内都有作用，但对阈反应的抑制效应最强，继之随信号强度增加而抑制效应逐渐减弱( P o 0 0 0 1 ，o u e w a yA N O V A ) ( 图4 ：图s ) ，这与抑制性离皮层调控研究中的观察类似( Z h o ua n dJ e n ，2 0 0 0 ) 。C o v e ye ta l ( 1 9 9 6 ) 全细胞膜片钳记录表明在清醒蝙蝠下丘存在阈下声诱发的抑制性突触后电流，其幅度与时程随声刺激参量的变化而改
13、变，这种阈下电流决定了神经元对后续刺激的反应特征。因而，用给定的阈下强度的弱噪声作用于听觉系统，神经元对信号的反应减弱，是由于弱噪声诱发的抑制性突触后电流处于较高水平神经元兴奋性较低；当信号声强度逐步加大，其诱发的神经元兴奋性输入增强，而恒定强度的噪声抑制性输入的大小不变则二者通过突触机制整合的结果是使神经元的兴奋效应逐步增强，弱噪声的抑制效应看起来逐渐减弱。实则不变。据此推测不同信号声强度条件下弱噪声的抑制效应取决于在突触部位整合后的结果，同样也决定兴奋性与抑制性输入会聚到同一神经元时的相互作用关系。硕士学位论文M A S T E R ST H E S I S4 2 弱噪声抑制可提高神经元对
14、声强反应的敏感性实验还观察到R I F 受弱噪声抑制神经元的D R 向高强度端漂移( 图1 0 ) ，这与用较强噪声研究的结果相似( R a m a c h a n d r a ne ta l ，2 0 0 0 ；G i b s o ne ta l 。1 9 8 5 ；P h i l l i p sa n dH a l l ，19 8 6 ；R e e sa n dP a l m e r 19 8 8 ；F u r u k a w aa n dM i d d l e b r o o k s ，2 0 0 1 ) 。并且发现弱噪声抑制使大部分神经元( 7 2 ) 的D R 减小( P O 0 0
15、 1 ，胛= 4 9 ) ( 图9 ) ( 图1 0 ) 。表明在无弱噪声环境下虽然神经元的D R 很宽，但强度分辨率或敏感性并不高。而弱噪声抑制使神经元感受强度的范围缩小，但对强度变化的敏感性却提高这对人在“鸡尾酒会”场景下的言语交流和动物在充满噪声的自然环境中的声通讯，捕捉重要的信息载体参数一信号强度以及感受强度的动态变化提供了生物学基础和演化适应的证据。同时，也提高了噪声条件下l c 神经元对声强编码的能力。S u g a 和T s u z u k i ( 1 9 8 5 ) 提出侧抑制能提高神经元对声信号特定参数的选择性这些参数包括频率，强度，时程等。据此推测由噪声引起的耳蜗随机共振在输入过程中激活了中枢的抑制性机制，并转化为抑制性输入，与兴奋性输入会聚，经突触整合，从而共同调制神经元对声信号强度变化的编码能力。这也是为什么人和动物的听觉系统感受强度在变化中的信号要比强度恒定的信号更加适宜的原因之一o4 3 弱噪声抑制效应可能的中枢神经机制本实验观察到弱噪声对神经元P d F 的影响呈抑制( 7 9 ) 、易化( 1 0 5 )和基本不受影响( 1 0 5 ) 三种变化类型( 图2 ) ，其中以抑制为主。并且弱噪声抑制使其中绝大部分神经元( “ = 5 3 6 8 ，7 7 9 ) M T 明显上升( 图3 ) ，而对潜伏期的影响却不明显。有研
