研究: 外膝状体神经元的亮度反应与感受野ON-OFF反应的关系

外膝体是视觉信息进入新皮层的主要通路,其编码亮度信息的神经机制还不清楚.我们采用随机呈现的连续快速变化(50 Hz)的均匀亮度刺激,显著地提高了猫外膝体神经元对均匀亮度的反应强度,通过反相关算法抽提出神经元的亮度反应函数.约81%的神经元的亮度反应函数为单调性上升或下降,有19%的神经元亮度反应函数为V型.通过分析这些神经元对亮度上升和下降的反应强度与感受野ON和OFF反应强度的关系,表明83%的神经元对亮度的反应模式是由其感受野ON-OFF反应的相对强度决定的,其余17%则与其感受野ON-OFF区的兴奋和抑制的变化相关.这些结果揭示了外膝体神经元编码亮度变化的机制.     

外膝状体神经元的亮度反应与感受野ON-OFF反应的关系

外膝体是视觉信息进入新皮层的主要通路,其编码亮度信息的神经机制还不清楚.我们采用随机呈现的连续快速变化(50 Hz)的均匀亮度刺激,显著地提高了猫外膝体神经元对均匀亮度的反应强度,通过反相关算法抽提出神经元的亮度反应函数.约81%的神经元的亮度反应函数为单调性上升或下降,有19%的神经元亮度反应函数为V型.通过分析这些神经元对亮度上升和下降的反应强度与感受野ON和OFF反应强度的关系,表明83%的神经元对亮度的反应模式是由其感受野ON-OFF反应的相对强度决定的,其余17%则与其感受野ON-OFF区的兴奋和抑制的变化相关.这些结果揭示了外膝体神经元编码亮度变化的机制.     

刺激大鼠杏仁外侧核对皮层A Ⅰ区ON-OFF神经元反应及调谐曲线的影响

在30只氨基甲酸乙酯麻醉的SD大鼠上记录神经元单位放电,观察短纯音诱发的皮层A Ⅰ区神经元ON-OFF反应的特性及电刺激杏仁外侧核(lateral amygdaloid nucleus,LA)对ON-OFF反应以及调谐曲线的影响.实验证实,A Ⅰ区神经元ON-OFF反应的模式与纯音刺激的强度、频率及作用时程有关;刺激LA可以抑制ON-OFF反应的放电频数,使反应的阈值升高,或使反应放电构型发生变化;此外,刺激LA能使ON-OFF神经元的调谐曲线变窄,Q10数值增大.研究结果不仅表明ON-OFF神经元能对纯音刺激的时程、强度和频率等多种信息进行编码,而且还证明杏仁外侧核可以在皮层水平参与听觉信息的调制,削弱或衰减某些听觉信息,导致整个调谐曲线上移变窄,从而提高A Ⅰ区ON-OFF神经元的频率选择性能,有利于检测外界嘈杂环境中特定的听觉信息.     

刺激大鼠杏仁外侧核对皮层AⅠ区ON-OFF神经元反应及调谐曲线的影响

在30只氨基甲酸乙酯麻醉的SD大鼠上记录神经元单位放电,观察短纯音诱发的皮层AI区神经元ON－OFF反应的特性及电刺激杏仁外侧核（lateral amygdaloid nucleus,LA)对ON－OFF反应以及调谐曲线的影响。实验证实,AI区神经元ON－OFF反应的模式与纯音刺激的强度、频率及作用时程有关;刺激LA可以抑制ON－OFF反应的放电频数,使反应的阈值升高,或使反应放电构型发生变化;此外,刺激LA能使ON－OFF神经元的调谐曲线变窄,Q10数值增大。研究结果不仅表明ON－OFF神经元能对纯音刺激的时程、强度和频率等多种信息进行编码,而且还证明杏仁外侧核可以在皮层水平参与听觉信息的调制,削弱或衰减某些听觉信息,导致整个调谐曲线上移变窄,从而提高AI区ON－OFF神经元的频率选择性能,有利于检测外界嘈杂环境中特定的听觉信息。     

初级视皮层神经元非经典感受野研究的新进展

感觉皮层神经元的非经典感受野(简称"外周")对经典感受野(简称"中心")的调节作用广泛存在于哺乳动物中,被认为是感觉皮层神经元的基本特性.以初级视皮层神经元为例,刺激其外周能有效地调节刺激其中心引起的反应,这种作用主要是抑制性的.理解初级视皮层神经元的外周对中心的调节机制能够深入揭示哺乳动物的感觉皮层神经元信息处理的基本原则.本文综述了引起初级视皮层神经元非经典感受野对经典感受野调节作用的神经环路机制和计算模型研究的进展.     

视觉编码的快速学习

活动依赖的神经可塑性在视觉皮层信息处理过程中起着很重要的作用。该文将讲述几个关于视觉刺激引起皮层反应发生快速变化的研究工作。在体膜片钳的实验结果表明,将视觉刺激与能够诱发孽个视皮层神经元发放动作电位的电刺激相偶联可以改变神经元的感受野特性。单电极和多电极胞外记录的实验结果显示,反复地给予自然图形电影刺激,不仅能增加视皮层神经元反应的可靠性,而且能造成之后的自发活动中存在“记忆的痕迹”。最后,用电压敏感染料成像的方法对群体细胞活动进行考察,结果提示视觉活动之后的皮层回放可能是由皮层波介导的。     

弱背景噪声对大鼠听皮层神经元频率调谐的影响

在自然环境中,人和动物常在一定的背景噪声下感知信号声刺激,然而,关于低强度的弱背景噪声如何影响听皮层神经元对声刺激频率的编码尚不清楚.本研究以大鼠听皮层神经元的频率反应域为研究对象,测定了阈下背景噪声对79个神经元频率反应域的影响.结果表明,弱背景噪声对大鼠初级听皮层神经元的听反应既有抑制性影响、又有易化性影响.一般来说,抑制性影响使神经元的频率调谐范围和最佳频率反应域缩小,易化性影响使神经元的频率调谐范围和最佳频率反应域增大.对于少数神经元,弱背景噪声并未显著改变其频率调谐范围,但却改变了其最佳频率反应域范围.弱背景噪声对63.64%神经元的特征频率和55.84%神经元的最低阈值无显著影响.神经元频率调谐曲线的尖部比中部更容易受到弱背景噪声的影响.该研究结果有助于我们进一步理解复杂声环境下大脑听皮层对听觉信息的编码机制.     

幼年大鼠视皮层神经元对闪光刺激的反应特性

哺乳动物视觉系统的发育延续到出生后,大鼠出生后 3~5 周是视觉系统发育的关键期 . 在关键期中,视皮层的兴奋性和抑制性突触连接逐渐成熟,形成有效的皮层内回路 . 为了观察发育关键期大鼠视皮层神经元的反应特性与成年大鼠的异同,使用胞外单细胞记录的方法对比研究了幼年和成年大鼠对闪光刺激的视觉反应特性 . 结果显示：与成年大鼠相比较,幼年大鼠视皮层神经元对持续闪光刺激显示出更强的适应性,对光刺激的诱发放电频率更低,而在没有光刺激时的自发放电频率更高,从而导致信噪比更低 . 这一结果表明,幼年大鼠视皮层对连续刺激的反应能力下降,对信号的分辨能力也更弱,其原因可能是兴奋性突触和抑制性突触发育的不同步所致 .     

综述: 初级视皮层的亮度信息加工

亮度(luminance)是最基本的视觉信息.与其他视觉特征相比,由于视神经元对亮度刺激的反应较弱,并且许多神经元对均匀亮度无反应,对亮度信息编码的神经机制知之甚少.初级视皮层部分神经元对亮度的反应要慢于对比度反应,被认为是由边界对比度诱导的亮度知觉(brightness)的神经基础.我们的研究表明,初级视皮层许多神经元的亮度反应要快于对比度反应,并且这些神经元偏好低的空间频率、高的时间频率和高的运动速度,提示皮层下具有低空间频率和高运动速度通路的信息输入对产生初级视皮层神经元的亮度反应有贡献.已经知道初级视皮层神经元对空间频率反应的时间过程是从低空间频率到高空间频率,我们发现的早期亮度反应是对极低空间频率的反应,与这一时间过程是一致的,是这一从粗到细的视觉信息加工过程的第一步,揭示了处理最早的粗的视觉信息的神经基础.另外,初级视皮层含有偏好亮度下降和高运动速度的神经元,这群神经元的活动有助于在光照差的环境中检测高速运动的低亮度物体.     

扣带回前部内脏伤害感受神经元的生物电活动

为了从神经元水平探讨大脑皮层内脏伤害感受的特性及机制,应用玻璃微电极细胞内电位记录技术,研究18只猫扣带回前部312个神经元的自发生物电活动,及其对电刺激同侧内脏大神经的诱发反应.其中,82个为内脏伤害感受神经元,其自发生物电活动有5种主要形式.根据诱发反应的潜伏期等特性,内脏伤害感受神经元分为特异性内脏伤害感受神经元（76个,92.68％）和非特异性内脏伤害感受神经元（6个,7.32％）.内脏伤害性诱发反应分为兴奋性（65.86％）、抑制性（17.07％）及混合性反应（17.07％）3种.结果提示内脏大神经的传入通路投射到同侧扣带回前部;扣带回前部神经元具有内脏伤害感受作用,存有特异性与非特异性内脏伤害感受神经元,为痛觉特异性学说提供了新的实验依据.     

刺激家兔杏仁基底核对外膝体“ON”神经元感受野反应特性的影响

利用细胞外记录,在乌拉坦麻醉和三碘委按酚麻痹的３７只新西兰兔上,考察刺激杏仁基底核对外膝体神经元感受野反应特性的影响。实验观察到,在１１７个具有“ＯＮ”反应外膝体神经元中,４７个单位在电刺激杏仁基底核时不同程度地受到抑制或易化性影响,即细胞反应强度和／或感受野范围均有改变。产生这些影响的潜伏期为７－４１ｍｓ,最大时程约２８ｍｓ。撤除电刺激３ｍｉｎ后,感受野反应特性即告恢复。单独刺激杏仁核不能引起外     

大鼠前扣带皮层多巴胺D1受体参与痛相关情绪调节的行为-电生理学观察

本研究旨在探索前扣带皮层(anterior cingulate cortex, ACC)的多巴胺D1受体参与痛情绪反应的调节作用。第一天大鼠适应环境并记录检测指标的基础值;第二天预先在ACC给予多巴胺D1受体拮抗剂SCH-23390或激动剂SKF-38393,然后大鼠左后足底注射完全弗氏佐剂(complete Freund’s adjuvant, CFA, 0.08 mL),与特定环境匹配后建立条件位置逃避(conditioned placeavoidance,CPA)反应;第三天同步观察大鼠在痛环境中的CPA反应与ACC脑区神经元的放电频率,随后进行旷场行为、机械痛行为和热缩足反射潜伏期(paw withdrawal latency, PWL)测试;在另外一组实验中,给予大鼠足底注射生理盐水(NS),ACC脑区预先给予多巴胺D1受体拮抗剂或激动剂,并进行上述同样的实验观察。结果显示：(1)相比于对照组,足底注射CFA的大鼠PWL与机械痛阈值明显降低(P <0.05);(2)注射CFA组的大鼠在“痛环境”和旷场中心的停留时间明显缩短(P <0.05);(3)预先在ACC注射...     

初级视皮层的亮度信息加工

亮度(luminance)是最基本的视觉信息.与其他视觉特征相比,由于视神经元对亮度刺激的反应较弱,并且许多神经元对均匀亮度无反应,对亮度信息编码的神经机制知之甚少.初级视皮层部分神经元对亮度的反应要慢于对比度反应,被认为是由边界对比度诱导的亮度知觉(brightness)的神经基础.我们的研究表明,初级视皮层许多神经元的亮度反应要快于对比度反应,并且这些神经元偏好低的空间频率、高的时间频率和高的运动速度,提示皮层下具有低空间频率和高运动速度通路的信息输入对产生初级视皮层神经元的亮度反应有贡献.已经知道初级视皮层神经元对空间频率反应的时间过程是从低空间频率到高空间频率,我们发现的早期亮度反应是对极低空间频率的反应,与这一时间过程是一致的,是这一从粗到细的视觉信息加工过程的第一步,揭示了处理最早的粗的视觉信息的神经基础.另外,初级视皮层含有偏好亮度下降和高运动速度的神经元,这群神经元的活动有助于在光照差的环境中检测高速运动的低亮度物体.     

伤害性刺激和非伤害性刺激对大鼠丘脑后核神经元电活动的影响

用微电极细胞外记录的方法,观察内脏痛、躯体痛和触觉刺激对大鼠丘脑后核(PO)中770个神经元电活动的影响,其中305(38.3％)个对伤害性刺激起反应,103(13.4％)个对触觉刺激起反应。对伤害性刺激反应的神经元中多数对躯体痛和内脏痛刺激均起反应且反应形式相同,少数反应不同或相反,对触觉刺激反应的神经元中多数也对两种伤害性刺激均起反应,只对触觉刺激反应的神经元很少。     

Wistar大鼠运动皮层代表区的微刺激测定

在１５例氯胺酮麻醉的Ｗｉｓｔａｒ大鼠利用皮层内微刺激技术测定了躯体的运动皮层代表区。电刺激为３５０Ｈｚ的阴极串脉冲,电流最大值限为８０μＡ。结果表明大多数皮层点诱发对侧肌肉反应。虽然代表区的大小有很大个体差异,分区的相对位置是恒定的。但在分区内部未见分域排列。部分大鼠存在前部前肢区,但无一例发现前部后肢区。比较文献结果提示Ｗｉｓｔａｒ大鼠的运动皮层的分化程度比Ｌｏｎｇ－Ｅｖａｎｓ黑顶鼠低。     

电刺激大鼠扣带前回对血压和心率的影响

电刺激大鼠扣带前回(ACg),血压升高,心率加快,同时缰核(Hb)内20.7％的神经元兴奋,22.4％的神经元抑制,56.9％的神经元无反应。双侧Hb内微量注射盐酸利多卡因,可明显阻断电刺激ACg引起的心血管反应。结果表明,ACg对心血管活动的调节,一部分是通过改变Hb的活动来实现的,Hb是ACg调节心血管活动的下行性通路之一。     

猫双侧扣带回前部内脏伤害感受神经元自发电活动特性的差异

本研究旨在阐明双侧大脑皮层扣带回前部(anterior cingulate gyrus,ACG)在内脏痛觉感受中的作用。实验用强电流刺激一侧内脏大神经(greater splanchnic nerve,GSN)作为内脏伤害性刺激,用在体微电极细胞内电位记录技术记录、分析ACG内神经元对刺激的反应和自发生物电活动。根据对GSN刺激是否发生反应,将ACG内神经元分为产生诱发反应的GSN刺激相关神经元(GSN-stimulus-relative neurons,GSRNs)与不产生诱发反应的非相关神经元。根据诱发反应的潜伏期等性质,GSRNs进一步分为内脏伤害感受神经元(visceral nociceptive neurons,VNNs)与非伤害感受神经元(non-visceral nocicep-tive neurons,NVNNs);而VNNs又分为特异性(specific visceronociceptive neurons,SVNNs)与非特异性内脏伤害感受神经元(non-specific visceronociceptive neurons,NSVNNs)。结果显示,对侧ACG内GSRNs比例为38.18%,显著高于同侧ACG内GSRNs比例(29.49%,P0.01),表明GSN传入纤维虽然投射到双侧ACG,但主要投射到对侧ACG。和同侧ACG相比,对侧ACG的SVNNs比例较低,而NSVNNs比例则较高(P0.01)。同侧ACG内GSRNs、VNNs、NVNNs和SVNNs的静息电位(restingpotential,RP)绝对值均显著低于对侧ACG的对应神经元(P0.01),而双侧ACG内NSVNNs的RP绝对值没有明显差异。双侧ACG内VNNs、NVNNs的自发生物电活动形式、自发放电频率和幅值之间无明显差别;VNNs中具有自发生物电活动的神经元比例显著高于NVNNs中的比例。以上结果提示双侧ACG皮层虽然都能感受GSN的伤害性刺激信号,但双侧ACG皮层的反应模式、反应程度不完全相同,从而为双侧脑功能的不对称性提供了新的科学实验依据。     

躯体感觉Ⅱ区皮层内微刺激对猕猴回避性操作式条件反射和针刺镇痛的影响

在七只清醒、可以活动的猕猴上观察了皮层内刺激 S_Ⅱ区对外周痛阈和针刺镇痛的影响,其结果如下:(1)在73次皮层内刺激的实验中有72次引起对侧相应皮肤感受野的痛阈变化,其中54次痛阈明显升高。痛阈升高的效应在停止刺激后常持续0.5—3min。较浅层的刺激,痛阈升高比较明显;不同刺激强度引起的痛阈升高的程度也不相同。(2)一般皮层内刺激 S_Ⅱ区也可导致同侧相应皮肤感受野痛阈升高,但不如对侧痛阈升高明显。(3)皮层内刺激 S_Ⅱ区时,非感受野痛阈几乎没有任何改变。(4)S_Ⅱ区皮层内刺激可增强针刺镇痛效应。     

胞内记录猫体感皮层内脏伤害性感受神经元的电生理特性

为了从细胞水平探讨皮层内脏伤害感受的特性及机制,本文应用细胞内电位记录技术,观察了猫体感皮层内脏大神经皮层代表区的８５１个神经元对电刺激内脏大神经的诱发反应及电生理特性。其中４１２个单位为内脏伤害性感受神经元,其自发放电有多种形式,根据诱发反应现象分为特异性和非特异性伤害感受神经元,内脏伤害性诱发反应分为兴奋性反应（５１７％）、抑制性反应（３１３１％）及混合性反应（１７％）三类。在形式上具有潜伏期长、反应形式复杂等特点。实验发现８５个神经元为内脏及肋间神经的会聚反应细胞。部分神经元用神经生物素进行细胞内电泳标记以显示功能细胞所在层次及形态。结果说明皮层体感神经元具有内脏伤害性感受的作用,并从细胞及突触后电反应特点上探讨了内脏痛的感受机制。     

利他林对幼年大鼠额叶皮层小清蛋白阳性中间神经元c-Fos表达的影响

目前已知注意力缺损多动症(attention-deficit hyperactivity disorder,ADHD)的发病机制与额叶皮层活动降低、多巴胺(dopamine,DA)和去甲肾上腺素(norepinephrine,NE)不足有关。利他林目前是临床治疗ADHD的首选使用药物。它是单胺类递质转运体抑制剂,通过阻断转运体,提高细胞外DA和NE浓度,达到治疗效果。除此之外,利他林还可以增强皮层锥体神经元的兴奋性,增强皮层整体的活动。但是,利他林对中间神经元活动的影响尚不清楚。本研究采用药理学和免疫组织化学技术,探讨全身注射利他林对幼年大鼠眶额皮层(orbitofrontal cortex,OFC)、前额叶皮层(prefrontal cortex,PFC)和前扣带皮层(anterior cingulate cortex,ACC)中小清蛋白(parvalbumin,PV)阳性中间神经元c-Fos表达的影响。结果显示,利他林显著增加OFC的内侧区(MO)、腹侧区(VO)和外侧区(LO)c-Fos的表达,但是仅增加MO区和VO区PV阳性中间神经元c-Fos的表达,对LO区PV阳性中间神经元c-Fos表达没有影响;对PFC前边缘区(Pr L)和缘下回区(IL)的分析显示,只有剂量为1 mg/kg的利他林可使这两个区域c-Fos的表达和PV阳性中间神经元c-Fos的表达明显增多,而8 mg/kg的利他林则无显著作用。利他林可使ACC中c-Fos的表达和PV阳性中间神经元c-Fos的表达显著增多。以上结果表明,对幼年大鼠全身给予利他林,可以激活其额叶皮层PV阳性中间神经元,提示利他林可能通过激活皮层PV阳性神经元调控皮层锥体神经元动作电位的发放和神经元网络的同步活动,影响皮层的输出。