活体动物全细胞记录技术及其应用

活体动物全细胞记录技术不仅可以用于研究感觉系统对自然刺激（如视觉系统的光刺激、听觉系统的声音刺激等）反应的特性和规律,还可以较准确地记录细胞的突触电位（包括阈下反应）,实现EPSP和IPSP的相对分离,并实现活体细胞内灌流,从而进一步研究感觉信息的处理机制。本文较为详细地介绍了在活体动物上进行全细胞记录的方法,包括一些技术细节和关键仪器设备的选取原则,举例说明了该技术在视觉系统研究和体感系统研究中的应用,并讨论了这一方法在神经科学中的应用前景。     

猫外膝体神经元非寻常的方位调谐特性──Ⅱ．在去视皮层猫和视觉剥夺猫（Dark－reared cats）的研究

以移动的正弦光栅作为刺激,用玻璃微电极记录以冰冻法毁损皮层１７、１８、１９区和外侧上雪氏回（ＬＳ）区后的猫外膝体的单细胞反应,测定了了５７９个细胞的方位调谐特性．另外还在视觉剥夺猫外膝体测定了３４４个细胞的方位调谐特性．与正常猫相似,去视皮层猫和视觉剥夺猫外膝体的少数细胞（约占１０％）具有非寻常的方位调谐特性,包括具蝴蝶形调谐曲线的方位调谐特性、双调谐（Ｂｉｍｏｄａｌ）的方位调谐特性和最优方位随刺激空间频率的不同而变化的方位调谐特性。结果表明,外膝体的非寻常的方位调谐特性并非主要由皮层下行投射所致,而是主要与先天遗传因素有关。     

不同时间频率光栅刺激引起的视觉诱发电位(VEP)方位效应的差异

以人视觉诱发电位(VEP)反应为指标,在不同的时间频率下测定了 VEP 对方波光栅刺激的反应幅度与光栅方位的关系。当光栅方位固定时,光栅闪烁的时间频率不同,VEP 反应的波形、潜伏期和反应频率差别很大,但其反应幅度均呈现方位选择性。当光栅的时间频率为9.1Hz时,光栅为垂直和水平方位时引起的 VEP 反应幅度比倾斜方位时都大,对任何光栅方位,VEP反应幅度与光栅对比度的对数呈线性关系;与此相反,当光栅时间频率为0.4Hz 时,光栅为倾斜方位时引起的 VEP 反应幅度比垂直和水平方位时更大。     

Comparative study on direction selectivity and functional organization of the primary visual cortical cells in monkeys and cats

Although the directionally selective cells in many visual cortical areas are organized in columnar manner, the functional organization of direction selectivity of area VI in the monkey still remains unclear. We quantitatively studied the proportion of directionally selective cells, direction selectivity and the functional organization of the striate cortical cells in the monkey and compared those with the cat. The results show that the direction selectivity and directional organization of striate cortical cells in the monkey are significantly weaker than those in the cat, suggesting that the species difference between the two kinds of animal is related to their different anatomic pathways.     

二甲双胍调节初级视觉皮层兴奋性和抑制性平衡及改善视觉功能的研究

大脑皮层中兴奋和抑制系统之间的动态平衡决定了皮层神经元对刺激的反应特性. 已有研究表明,二甲双胍能够诱导γ-氨基丁酸受体向突触后膜聚集,增强神经系统的抑制效果. 本课题进一步探讨了二甲双胍对初级视觉皮层兴奋和抑制系统平衡的调节作用,以及其改善小鼠视觉功能的潜力. 实验使用成年雄性小鼠,实验组（metformin）10只每天给予二甲双胍250 mg/kg,对照组（control）6只每天给予0.3 ml生理盐水,灌胃处理3周. 结果发现二甲双胍可以显著升高囊泡GABA转运蛋白VGAT和突触后抑制性递质受体相关蛋白Gephyrin的合成. 此外,它显著降低突触后兴奋性受体GluA1和GluN1的表达. 多通道电极电生理记录结果显示,二甲双胍作用下小鼠初级视觉皮层的自发放和诱发放显著降低,而信噪比、方向和方位选择性显著增加. 实验结果表明,二甲双胍可以通过降低兴奋突触、增强抑制突触,调节初级视皮层的兴奋——抑制平衡,提高信息处理能力,增强视觉功能.     

视觉剥夺猫外膝体神经元最优方位的分布特性

记录和测定了视觉剥夺猫（ｄａｒｋ－ｒｅａｒｅｄｃａｔｓ）外膝体３４４个细胞的方位调谐等感受野特性,多数细胞（８２％）具有方位敏感性（Ｂｉａｓ＞０．１）。最优方位的分布与正常猫类似,偏向于水平方位,但分布特性强于正常猫。与正常猫类似,视觉剥夺猫外膝体细胞的最优方位与该细胞感受野在视网膜上的位置有关,偏向平行于视网膜中心区与感受野中心的连线（向心线）;外膝体内位置相邻近的细胞具有相近的最优方位,亦呈现初步有序排列。结果表明：外膝体细胞最优方位的分布特性与后天视觉经验无关而可能来源于遗传因素。     

视皮层反馈对猫外膝体神经元方位调制特性的影响

以扫描正弦光栅作为刺激,用冰冻法毁损皮层17、18、19区和外侧上雪氏回(LS区)来阻断皮层对外膝体的反馈投射,记录并描绘了猫外膝体597个细胞的方位调制特性.去视皮层猫外膝体神经元的平均方位选择性强度(Bias)为0.154,与正常猫(0.155)几乎相同,其最优方位偏向于水平方位.与正常猫外膝体不同的是,去视皮层猫外膝体失去了最优方位的切向分布规律,用GABA或KCl压抑皮层活动得到了相近的实验结果.结果说明正常外膝体的最优方位切向分布规律来自皮层反馈投射.     

年龄与性别相关的大鼠视皮层树突形态变化

衰老会导致视觉功能的退化，但其潜在的神经机制尚不清楚。通过改良Golgi-Cox染色法，测定了青年雄性、青年雌性及老年雄性与老年雌性4组共20只大鼠视皮层的树突长度和树突棘密度，以研究年龄与性别对视皮层树突形态的影响。结果显示青年雄性大鼠视皮层顶树突、基树突、树突总长度均明显高于青年雌性大鼠，但这种性别差异在老年雌雄组之间并不显著，可能是由于在雄性组之间存在着明显的年龄相关性树突长度减少而在雌性组之间并不存在。青年雄性组的树突棘密度要明显高于青年雌性组, 尽管衰老导致了青年雄、雌性组的树突棘密度均明显降低，但老年雄、雌性组的树突棘密度并无显著差异，这可能是由于雄性组的年龄相关性树突密度降低程度要远大于雌性组。由此可见衰老确实能导致视皮层树突形态的退化，这可能是老年性视觉功能衰退的潜在神经机制，但这种退化可能具有一定的性别差异。     

猴和猫初级视皮层细胞方向选择性及其功能组织的比较研究

虽然许多视皮层区内的方向选择性细胞以柱状方式排列组构, 但猴初级视皮层(V1)区方向选择性功能组构仍然不甚明了. 定量地比较研究了猴和猫初级视皮层方向选择性细胞的比例、选择性强度和功能组织, 结果表明, 猴的方向选择性细胞的比例比猫少, 选择性强度和方向功能组织的程度均显著地比猫弱, 提示这些种属差别可能源于其神经通路的不同.     

短时程突触可塑性的功能意义

短时程的突触可塑性是突触可塑性的一种重要表现形式,对实现神经系统的正常功能起着重要作用.突触的短时程可塑性能够加强突触传递的确定性,调节大脑皮层兴奋和抑制之间的平衡,形成神经活动的时间、空间特性,形成并调节皮层丘脑网络的同步振荡.突触的短时程可塑性可能也参与了注意、启动效应、睡眠节律和学习记忆等神经系统高级功能的实现.