菲菊头蝠回声定位信号特征及下丘神经元频率调谐

研究了菲菊头蝠自由飞行状态下的回声定位信号和下丘神经元的声反应特性。菲菊头蝠在自由飞行时发射的CF/FM型回声定位叫声含2-3个谐波,主频为105.3±1.7kHz,时程为39.5±9.6ms,脉冲间隔为73.9±16.0ms。在所记录到的159个下丘神经元中,E型(Echolocation)神经元为32.7%(52/159),其中CF1型(Constantfrequency)占11.3%(18/159),FM1型(Frequencymodulated)占20.1%(32/159),FM2型占1.3%(2/159);NE型(Nonecholocation)神经元的比例为67.3%(107/159)。这些神经元的最佳频率(Bestfrequency,BF)与记录深度之间存在线性关系(r=0.9471,P<0.01)。E型神经元的深度范围为349-1855(1027.5±351.6)μm,阈值范围为6-74(43.1±14.5)dBSPL,潜伏期范围为10.0-26.0(14.6±3.8)ms。NE型神经元的分别为93.0-1745.0(733.3±290.3)μm、2-70(36.5±23.8)dBSPL、5.0-23.0(13.5±3.7)ms。记录到的53个IC神经元的调谐曲线(Frequencytuningcurve,FTC)均为开放型,51个为单峰型,2个为双峰型。单峰型神经元中大部分为狭窄型(Q10dB>5),占70.6%(36/51),E型神经元全部为狭窄型,Q10dB为10.4±7.1(5.5-31.6),其中CF1型为18.3±11.2(5.5-31.6),FM1型为8.7±4.7(5.5-24.3),FM2型为6.9±0.3(6.7-7.1);NE型神经元既有宽阔型也有狭窄型,Q10dB为6.6±5.1(1.6-25.6)。两个双峰型FTC主、副峰分别偏向高、低频区,高频边对应的是E型神经元。     

抑制性频谱整合对大棕蝠下丘神经元声强敏感性的影响

自由声场条件下 ,采用特定双声刺激方法研究了不同频率通道之间的非线性整合对下丘神经元声强敏感性的调制作用。实验在 1 2只麻醉与镇定的大棕蝠 (Eptesicusfuscus)上进行 ,双电极同步记录 2个配对神经元的声反应动作电位。主要结果如下 :1 )所获 1 1 0个 (5 5对 )配对神经元中 ,85 5 %表现为抑制性频谱整合作用 ,其余 1 4 5 %为易化性频谱整合 ;2 )阈上 1 0dB (SPL)放电率抑制百分比与神经元最佳频率 (BF)及记录深度呈负相关 ;3)抑制效率随声刺激强度升高而逐步下降 ;4 )当掩蔽声分别位于神经元兴奋性频率调谐曲线(FTC)内 (MSin) /外 (MSout)时 ,其抑制效率存在差异。前者的放电率抑制百分比及声反应动力学范围(DR)下降百分比均显著高于后者 ;5 )抑制性频谱整合导致 3类DR改变 :6 1 6 %为下降、 1 0 9%增加、另有2 7 5 %变化小于 1 0 %。本结果进一步支持如下设想 :下丘不同频率通道之间的抑制性频谱整合参与了对强度编码的主动神经调制活动     

锐化蝙蝠听皮层神经元频率调谐的柱特征

用双声刺激和多管电极方法在 6只大棕蝠 (bigbrownbat,Eptesicusfuscus)的 98个神经元上研究了锐化 (sharpening)蝙蝠听皮层 (primaryauditorycortex ,AC)神经元频率调谐的柱特征。结果发现 ,电极直插在 1个电极通道内连续记录到多个神经元时 ,它们锐化频率调谐的抑制性调谐曲线或抑制区基本相似。电极与AC表面呈 45°斜向推入使其跨越多个功能柱时 ,可观察到锐化频率调谐的抑制区构成也随电极进入不同的功能柱而发生相应的改变。两种不同的电极插入方式均证明锐化AC神经元频率调谐的神经抑制呈柱状组构。这些神经元组合起来排列在同一听觉功能柱内 ,构成AC频率分析的基本功能组构单位“微频率处理器”。实验中还观察到多峰频率调谐曲线神经元 ,它们在声通讯和声定位中不同波谱区域的时间匹配中起作用。此外 ,也有理由认为多峰调谐神经元亦被用于作为复杂波谱信息的“高级调谐预处理器” ,从而极大地提高了神经元对频率分析的能力。为研究锐化频率调谐的神经抑制机制 ,用多管电极电泳γ -氨基丁酸 (γ aminobutyricacid ,GA BA)能a受体拮抗剂荷包牡丹碱 (bicuculline ,Bic)至所记录的神经元 ,发现能大部分或几乎全部取消抑制区 ,从而表明在正常情况下GABA能抑制参与构成锐化AC神经元频率调谐的抑制区 ,     

弱噪声对小鼠下丘神经元频率调谐的影响

为探讨弱噪声对小鼠 (MusmusculusKm)中脑下丘 (inferiorcolliculus ,IC)神经元声信号提取的影响 ,采用单位胞外记录方法 ,研究了加入弱白噪声 (强度相当于纯音阈强度下 5dB)前后神经元频率调谐曲线的变化。实验共记录到 10 4个下丘神经元 ,测量了 32个神经元的频率调谐曲线。结果显示 :①弱噪声条件下神经元的频率调谐曲线表现出 3种类型 ,即锐化 (34 4 % ,11/ 32 )、拓宽 (18 8% ,6 / 32 )和不受影响 (4 6 9% ,15 / 32 ) ,其中锐化呈现有意义的变化 ;②频率调谐受弱噪声锐化的神经元 ,其Q10 、Q3 0 平均分别增大 (34 4 2±17 0 4 ) % (P =0 0 2 6 ,n =11)和 (4 6 34± 2 2 88) % (P =0 0 0 9,n =7) ,且Q3 0 变化率大于Q10 ;③弱噪声对调谐曲线的高、低频边锐化度不一 ,神经元低频边的反转斜率基本不变 [由 0 16± 0 0 8变为 0 16± 0 0 7kHz/dB (P =0 94 7,n =7) ],而高频边明显下降 [由 0 5 2± 0 2 5下降为 0 2 6± 0 13kHz/dB ,平均减小 (4 3 81±2 4 0 6 ) % ,(P =0 0 4 6 ,n =7) ]。上述结果表明 ,弱噪声可锐化小鼠IC神经元频率调谐 ,并强化神经元的声信号高频分析能力     

不同时程弱前掩蔽声对小鼠下丘神经元声反应的选择性抑制

自由声场条件下,以强度为神经元最小阈值阈上5dB,时程分别为40、60、80和100ms的纯音作为前掩蔽声,观察和记录了不同时程弱前掩蔽声对小鼠（Musmusculus Km）下丘神经元发放和声强处理的影响。实验记录到154个神经元,对其中的104个神经元做了不同时程掩蔽声影响的测试。结果发现：掩蔽声对神经元放电率的抑制作用在时间上表现为前抑制（41％）、后抑制（9％）和全抑制（50％）三种类型。改变掩蔽声时程时,大部分神经元（72％）的抑制类型不发生改变,但少部分神经元（28％）随掩蔽声时程的增加,大量的后抑制类型转变为前抑制或全抑制类型。此外,超过一半的神经元（58．06％）其强度．放电率函数曲线随掩蔽声时程的改变而发生转变,主要表现为单调型向饱和型转变及饱和型向非单调型转变,这种转变并不随掩蔽声时程增加表现出规律性的变化。结果表明,前掩蔽作用于下丘神经元声反应的时间域和强度域时具有不均衡性,推测不同时程弱前掩蔽声激活的抑制性输入能分化性调制下丘神经元声反应特性。     

菲菊头蝠的下丘神经元基本声反应特性

自由声场刺激条件下，采用单单位胞外微电极记录方法，研究了一种未被研究过的恒频/调频(CF/FM)蝙蝠——菲菊头蝠(Rhinolophus pusillus)的下丘神经元基本声反应特性，其结果发现，在所得的110个下丘神经元中，发放类型包括相位型(54.5%)、紧张型(25.5%)、持续型(7.3%)、梳齿型(7.3%)和暂停型(5.4%)等5种类型。记录深度在208～1 855(829.0±328.1)μm之间，最佳频率在16.7～75.6(38.9±15.7)kHz之间，最小阈值在5～74(34.7±13.6)dB SPL之间，阈上10 dB SPL潜伏期在5.0～27.5(15.2±3.9)ms之间。最佳频率随记录深度的增加而增大(r=0.957 8，P<0.001)；记录的54个频率调谐曲线(FTCs)均为开放型，其中52个为单峰型，2个为双峰型。52个单峰型FTC的Q_10-dB值介于1.56～31.61之间，并且大部分是狭窄型(Q _10-dB值>5)，占69.2%(36/52)，少部分为宽阔型(Q _10-dB值<5)，占30.8%(16/52)。2个双峰型神经元FTC在低频处为宽阔型，高频处为狭窄型，Q _10-dB值分别为1.95、8和2.89、6.51。共获得34个神经元的强度－发放率函数(RIFs)，可分为单调型、非单调型和饱和型。结合先前所研究的FM蝙蝠——普通伏翼蝠(Pipistrellus abramus)下丘神经元的基本声反应特性，比较分析了CF/FM蝙蝠与FM蝙蝠下丘神经元的声反应差异及其行为学意义。     

小鼠下丘神经元声刺激跟随力与声时程及强度的关系

自由声场条件下,通过给予小鼠具有不同时程(10、40及100ms)、强度(最小阈值以上5、15、25、35及45dBSPL)、呈现率(0.5、1、2、3.3、5、6.7、10和20Hz)的纯音短声刺激,分析探讨了昆明小鼠下丘神经元声刺激跟随力与声时程及强度的关系。结果发现:多数神经元的脉冲发放数随声强增高而增加,随短声时程的延长而减少;随声强的增高,多数神经元的临界呈现率(CPR)和最大呈现率(MPR)变大,而随短声时程的延长,神经元的CPR、MPR变小为主要趋势;下丘神经元的声反应跟随力总体上随时程延长而下降,随声强加大而提高。推测当声时程延长、强度下降时,前次刺激对后继刺激声反应的抑制性影响增强,提示声时程适当缩短、声强增大可能有助于下丘神经元汇聚更多的声信息进行高级神经处理,从而提高听中枢表征高密度声信息的能力。     

普通伏翼蝠下丘神经元基本声反应特性

自由声场条件下,采用单单位胞外微电极记录方法,研究了普通伏翼蝠(Pipistrellusabramus)下丘神经元基本声反应特性。结果发现,在所得的65个下丘神经元中:特征频率在18.9~76.7kHz(42.94±11.29)之间,最小阈值在29.1~80.1dBSPL(58.65±12.62)之间,潜伏期在3.1~10.4ms(6.10±1.47)之间;特征频率随记录深度的增加而增大,与最小阈值之间没有显著相关性;发放类型包括相位型(73.85%)、梳齿型(15.38%)和紧张型(10.77%)3种基本类型;频率调谐曲线均为开峰型,多数神经元(72.30%)调谐曲线较宽阔,少数(27.70%)较狭窄,并且多数神经元的频率调谐曲线高频边比低频边陡。     

γ-氨基丁酸能抑制对大棕蝠听皮层神经元声反应特性的影响

为了探讨γ－氨基丁酸（γ-aminobutyric acid,GABA)能抑制对大棕蝠(Eptesicus fuscus)听皮层(auditory cortex,AC)神经元声反应特性的影响,采用多管微电极电泳方法,观察了8只大棕蝠AC神经元去ABA能抑制前后声刺激诱发的反应。结果显示,微电泳GABAa受体拮抗剂荷包牡丹碱(bicuculline,Bic)去ABA能抑制可改变声刺激诱发的反应模式;极大地增加神经元冲动发放率,缩短反应的潜伏期和降低反应的最小阈值;不同程度地改变强度－发放率和强度－潜伏期函数。结果提示：1、GABA能抑制对AC神经元声信号处理起重要作用;2、GABA能抑制可改变AC神经元兴奋性支配或输入的效应,并因此定型AC神经元的声反应性质,即发放模式、阈值、强度－发放率和强度－潜伏期函数;3、GABA能抑制为AC神经元的声诱发活动提供一种调制性抑制。     

γ-氨基丁酸能抑制可锐化大棕蝠听皮层神经元频率调谐

本实验使用了 9只成年健康的大棕蝠 (Eptesicusfuscus)。采用双声刺激和多管电极电泳导入荷包牡丹碱 (bicuculline,Bic)的方法 ,研究了γ 氨基丁酸 (γ aminobutyricacid ,GABA)能抑制在锐化听皮层 (primaryauditorycortex ,AC ,即初级听皮层 )神经元频率调谐中的作用。结果发现 :正常AC神经元的频率调谐曲线表现出单峰开放式、多峰开放式和单峰封闭式 3种类型 ;用双声刺激方法研究证实 ,至AC神经元的抑制性输入能被抑制性声刺激所激活 ,且这种神经抑制有自身的最佳频率 ,根据其对兴奋反应的影响程度和系统地改变抑制性声刺激的强度 ,可在兴奋性频率调谐曲线或兴奋区的高频边或 /和低频边测出抑制性频率调谐曲线或抑制区 ;当这种抑制性输入被抑制性声刺激激活后 ,能降低阈上 10dB声强引起的兴奋反应的发放率 ,抑制效率随抑制声刺激强度的增强而加强 ;电泳GABAa受体拮抗剂荷包牡丹碱Bic后 ,可不同程度地去GABA能抑制 ,扩宽频率调谐曲线 ,使多峰调谐曲线变成单峰 ,封闭型变成开放型。表明GABA能抑制参与构成至AC神经元的抑制性输入 ,在正常情况下这种抑制有助于提高中枢听神经元的信号 /噪声比和频率分析能力 ,并锐化频率调谐。因此本结果提示 ,声音的各参量中所包含的信息从外周传入中枢后 ,随着中枢的升