大鼠生后发育过程中听皮层神经元特征频率的可塑性

应用常规电生理学技术,以神经元的特征频率和频率调谐曲线为指标,分别在生后2、3、4、5、6和8周龄SD大鼠上,研究生后发育过程中,听皮层神经元特征频率的可塑性.结果表明,在给予条件刺激频率和神经元特征频率相差1.0kHz范围内,条件刺激都可诱导各年龄组神经元特征频率向频率调谐曲线的低频端、高频端或调谐曲线的两端相应的偏移.特征频率偏移的概率与年龄相关.随着年龄的增长,特征频率偏移的比例下降,而不偏移的比例则上升.随着年龄增长,那些Q10-dB值大和频率调谐曲线对称指数大于零的神经元,特征频率偏移到频率调谐曲线高频端的比例增加更为明显(P<0.01).诱导特征频率完全偏移的时程和特征频率恢复的时程也与动物的年龄相关,随着年龄增长,诱导和恢复时程都明显延长(P<0.05).结果提示,大鼠听皮层神经元特征频率的可塑性与生后年龄相关,为深入研究中枢神经元功能活动可塑性的机制提供了重要实验资料.     

不同的声音强度对大鼠听皮层神经元特征频率可塑性的影响

目的：探讨声音强度对大鼠听皮层神经元特征频率可塑性的影响。方法：采用常规电生理学细胞外记录技术,测定不同声刺激强度下,听皮层神经元的特征频率和调谐曲线,比较条件刺激前后的变化。结果：在条件刺激声频率和神经元的特征频率相差±1.0kHz范围内,条件刺激诱导的神经元特征频率可塑性与条件刺激强度有关,较高的刺激强度比较低刺激强度诱导的特征频率可塑性概率高;特征频率可塑性的概率与神经元的频率调谐曲线类型相关,但这种相关几乎不受条件刺激声强度影响。结论：条件声刺激强度可明显影响大鼠听皮层神经元特征频率的可塑性。     

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.     

大鼠初级听皮层神经元对声音空间信息的编码

尽管大脑听皮层神经元对声音空间信息的编码已有不少的研究报道,但其编码机制并不十分清楚,相关研究在大鼠的初级听皮层也未见详细的研究报道．用神经电生理学方法在大鼠初级听皮层考察了151个听神经元的听空间反应域,分析了神经元对来自不同空间方位声刺激反应的放电数和平均首次发放潜伏期的关系．结果表明,多数(52.32%)神经元对来自对侧听空间的声刺激反应较强,表现为对侧偏好型特征,其他神经元分别归类为同侧偏好型(18.54%)、中间偏好型(18.54%)、全向型(3.31%)和复杂型(7.28%)．多数神经元偏好的听空间区域的几何中心位于记录部位对侧听空间的中部和上部．绝大多数初级听皮层神经元对来自偏好听空间的声刺激反应的放电数较多、反应潜伏期较短,对来自非偏好听空间的声刺激反应的放电数较少、反应潜伏期较长,放电数与平均首次发放潜伏期呈显著负相关．在对声音空间信息的编码中,大脑初级听皮层可能综合放电数和潜伏期的信息以实现对声源方位的编码．     

大鼠皮层听-视多感觉神经元和听-视信息整合

应用常规电生理技术,研究SD大鼠皮层听-视多感觉神经元的分布和听-视信息整合.共记录到130个听-视双模态神经元,其中65个A-V型神经元,28个v-A型神经元和37个a-V型神经元.这些双模态神经元主要分布于听区的背侧,听皮层和视皮层的交界处,具有明显的区域性,呈条带状分布,v-A型神经元较多地位于近听皮层一侧,a-V型神经元则主要位于近视皮层一侧,A-V型神经元位于两者之间.在条带中,双模态神经元分布不均一,有片状分布趋势.双模态神经元的听-视信息整合效应分为增强型、抑制型和调制型.整合效应与声-光组合刺激的时间间隔有关,其中75%的神经元获得最大整合效应的时间间隔在30～50ms之间.研究结果提示,大鼠皮层存在听-视多感觉神经元分布区,这些神经元遵循存在于其他动物相关脑区多感觉信息整合规律,参与听-视感觉信息整合.     

电刺激大鼠内侧额叶前皮质对听皮层神经元频率感受野可塑性的调制

本文应用常规电生理学技术,研究电刺激大鼠内侧额叶前皮质（medial prefrontal cortex,mPFC）对初级听皮层神经元频率感受野（receptive field,RF）可塑性的调制。电刺激mPFC,137个听皮层神经元（72．8％）RF可塑性受到影响,其中抑制性调制71个神经元（37．7％）,易化性调制66个神经元（35．1％）,其余51个神经元（27．2％）不受影响。mPFC的抑制性调制效应表现为,RF的偏移时间延长,恢复时间缩短。相反,mPFC的易化性调制效应表现为,RF的偏移时间缩短,恢复时间延长。电刺激mPFC对RF可塑性的调制与声、电刺激之间的时间间隔有关,最佳时间间隔介于5-30ms之间。结果提示,大鼠mPFC可以调制听皮层神经元的功能活动,可能参与听觉学习记忆过程。     

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 ,     

幼年大鼠皮层听-视多感觉神经元和听-视信息整合

应用常规电生理学细胞外记录技术,研究了生后3周龄幼年大鼠皮层听-视双模态神经元及听-视信息整合特性,并与成年动物进行对照。在听皮层的背侧,听皮层和视皮层的交界处,即颞-顶-枕联合皮层区,共记录到了324个神经元,其中45个为听-视双模态神经元,占13.9%,远低于成年动物双模态神经元所占比例(42.8%)。这些双模态神经元可分为A-V型,v-A型和a-V型3种类型。根据它们对听-视信息的整合效应,可分为增强型、抑制型和调制型。整合效应与给予的声和光组合刺激的时间间隔有关,以获得整合效应的时间间隔范围为整合时间窗,幼年动物的平均整合时间窗为11.9 ms,远小于成年动物的整合时间窗(平均为23.2 ms)。结果提示,与单模态感觉神经元对模态特异性反应特性一样,皮层听-视双模态神经元生后有一个发育、成熟的过程。研究结果为深入研究中枢神经元多感觉整合机制提供了重要实验资料。     

生后早期听觉剥夺、经验改变大鼠听皮层NMDA受体NR2B蛋白表达

应用蛋白质印迹检测技术,研究早期听觉剥夺、经验对大鼠听皮层NMDA受体NR2B蛋白表达的影响.结果表明,听觉剥夺使生后14天龄组和28天龄组动物听皮层NR2B蛋白表达水平明显下降(P<0.05,P<0.01),听觉剥夺7天后再给予纯音暴露则又使NR2B表达水平明显提高(P<0.05),呈现双向调节趋势.听觉剥夺和纯音暴露对生后42天龄组大鼠听皮层NR2B表达不再产生明显调节作用(P>0.05).结果提示,在大鼠生后发育关键期,听觉剥夺、经验可改变听皮层NMDA受体NR2B蛋白表达水平.研究结果为研究感觉功能发育可塑性的机制提供了重要实验资料.     

γ—氨基丁酸能抑制可镜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（Eptesicus fuscus）。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－aminobutyric,GABA）能抑制在锐化听皮层（primary auditory cortex,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2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10fB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,随着中枢的升级,逐级抽提整合成若干特征,直至在AC形成某种“声像（sound image)”,对大多数AC神经元而言,GABA能抑制在该过程中起关键作用。     

荷包牡丹碱和马钱子碱对小鼠皮层及下丘听神经元声反应潜伏期的影响

频率和强度是声音的两个重要参数,通常以听觉神经元动作电位发放频次编码这两个参数 . 研究表明,声反应潜伏期也可编码声音频率和强度,但尚不清楚潜伏期编码这两个参数究竟发生于哪一级听觉核团 . 如果声音参数由同级中枢编码,则这样的编码方式可能发生改变 . 反之,如果编码方式未发生变化,则意味着声音信息是由低位神经元编码的 . GABA 和甘氨酸 (Gly) 是听中枢普遍分布的抑制性递质 . 通过施加它们的拮抗剂荷包牡丹碱和马钱子碱,观测小鼠皮层和下丘听觉神经元声反应潜伏期的变化 . 结果表明,由反应潜伏期表征声音频率和强度的关系不因 GABA 和 Gly 作用的改变而发生变化,提示频率和强度与反应潜伏期之间的编码关系可能是由低位听神经元编码并向上传递的,而不是在同级中枢 ( 皮层或下丘 ) 完成的 .     

Repetitive Microstimulation Alters the Cortical Representation of Movements in Adult Rats

In order to examine the effects of repetitive stimulation on functional cortical organization, standard intracortical microstimulation (ICMS) techniques were used to generate maps of movement representations in motor cortex of rat. After identification of caudal and rostral forelimb fields and adjacent vibrissae and neck fields, one or more representational borders were defined in greater detail. Then a microelectrode was introduced into one of these representational fields, and ICMS current pulses were delivered at a rate of 1/sec for 1 to 3 hr. Following repetitive ICMS, significant changes in movement representations were observed using current levels that were either suprathreshold or subthreshold for evoking the site-specific movement. Electromyographic activity could be evoked at suprathreshold and near-threshold current levels, but not at the subthreshold current levels used here. Significant border shifts ranged from 210 to 670 μm. In each case in which shifts occurred, there appeared to be expansion of the movement represented at the repetitively stimulated site. The effects were progressive and reversible. These results suggest that at least under these unusual experimental circumstances, large representational changes can be generated very rapidly within motor cortex in the absence of any evident peripheral feedback.     

Auditory Cortical Plasticity Dependent on Environmental Noise Statistics

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LASS1基因克隆及其在大鼠脑皮层的表达与神经元衰老的相关性初步研究

长寿保障基因LAG1是从酵母中克隆的与酵母寿命相关的基因,随酵母生命衰老而表达发生变化.对大鼠中同源基因LASS1进行克隆、测序和序列分析,发现其mRNA序列不同于GenBank中的预测序列,开放阅读框包含1 053碱基对,编码蛋白由350个氨基酸组成,内含Lag1蛋白家族保守的Lag1p motif和TLC结构域.从新生、1月龄、6月龄、12月龄和24月龄大鼠脑顶叶皮质提取总RNA,用半定量RT-PCR及RNA印迹方法对LASS1在大鼠脑皮质中的表达随年龄变化情况进行分析.结果表明,出生后LASS1表达量随年龄增加而增高,至6月龄达高峰,然后随年龄增加而逐渐下降,至24月老龄鼠达最低.衰老相关β半乳糖苷酶(SA-β-gal)对鼠脑皮层染色发现,神经元阳性染色随年龄增长明显增加.大鼠LASS1基因表达在正常衰老过程中发生变化,为进一步研究该基因的作用奠定了基础.     

Frequency Change Detection in Human Auditory Cortex

We offer a model of how human cortex detects changes in the auditory environment. Auditory change detection has recently been the object of intense investigation via the mismatch negativity (MMN). MMN is a preattentive response to sudden changes in stimulation, measured noninvasively in the electroencephalogram (EEG) and the magnetoencephalogram (MEG). It is elicited in the oddball paradigm, where infrequent deviant tones intersperse a series of repetitive standard tones. However, little apart from the participation of tonotopically organized auditory cortex is known about the neural mechanisms underlying change detection and the MMN. In the present study, we investigate how poststimulus inhibition might account for MMN and compare the effects of adaptation with those of lateral inhibition in a model describing tonotopically organized cortex. To test the predictions of our model, we performed MEG and EEG measurements on human subjects and used both small- (<1/3 octave) and large- (>5 octaves) frequency differences between the standard and deviant tones. The experimental results bear out the prediction that MMN is due to both adaptation and lateral inhibition. Finally, we suggest that MMN might serve as a probe of what stimulus features are mapped by human auditory cortex.