家兔外膝体神经元回路的研究

家兔的视觉系统有其特色,其外膝体的解剖和生理特性与猫的情况有所不同。本文综述了家兔外膝体神经元回路研究的进展,特别是关于返回抑制回路的组成和机能意义为研究进展,并以此为例说明丘脑-大脑皮层的复杂相关关系。     

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     

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。     

具有共同感受野的外膝体神经元的反应相位互补特性

用微电极在猫外膝体进行记录时,有时同一支微电极能同时记录到两个神经元放电,通常是一个给光中心细胞和一个撤光中心细胞。这一对神经元具有共同的感受野,并且对光刺激的反应类型也相同(同属于瞬变型细胞,或者同属于持续型细胞)。当正弦调制的光点投射在它们的感受野中心时,在不同的刺激强度下,给光中心细胞和撤光中心细胞的反应相位彼此相差半个周期(180°)。在低的刺激频率(5Hz)下,给光中心和撤光中心细胞的反应峰值延迟时间(相对于光调制信号的最大和最小值)也相同,表明它们具有相同的反应潜伏期。这种相位互补特性使具有共同感受野的一对细胞工作于“推挽”方式。对于瞬变型细胞来说,尽管它们在单独活动时显示半波整流特性,然而组成互补对以后则能传递全周期光调制信号。     

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区和外侧上雪氏回区后的猫外膝体的单细胞反应,测定了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,去视以猫和视觉剥夺猫外膝体的少数细胞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、双调谐的方位调谐特性和最优方位随刺激空间的不同而变化的方位调谐特性。结果表明外     

特定方位的光栅识别学习不改变猫外膝体背核神经元的方位敏感性

视觉信号识别训练可改变视觉通路神经元的可塑性, 其神经机制尚不清楚。已有少数研究显示, 动物(猴) 长时间进行特定方位的光栅识别学习后, 视皮层部分神经元对视觉刺激的反应表现出与学习任务相关的敏感性变化。这种敏感性变化是否亦存在于皮层下结构尚无报道。本实验训练两只成年猫分别进行水平和垂直方位的条形静止正弦光栅的识别以获得食物奖赏, 两只猫的行为识别能力逐渐提高, 4 个多月后识别的正确率达85%以上, 用与训练方位垂直的正弦光栅检测发现, 识别正确率明显下降。细胞外记录外膝体背核(Dorsal lat eral geniculate nucleus, dLGN) 神经元对不同方位正弦光栅刺激的反应显示, 与正常猫相比, 训练猫外膝体细胞的最优方位并未向着训练方位发生明显改变, 对于感受野位于中央区15度视角以内的细胞来说, 其方位选择性强度以及在训练方位的发放强度与正常猫无明显差异。以上结果表明, 猫对特定方位的光栅识别学习不改变外膝体神经元的方位敏感性, 其行为上方位识别特异性的提高可能与视皮层细胞的方位编码可塑性有关。     

家兔外膝体背核中继细胞的被动电缆特性

在离体脑片上测定了２４个家兔外膝体中继细胞的被动膜特性。它们的静息电位为－６２．７±４．１ｍＶ（ＳＤ）;膜输入阻抗为３０．４±１１．２ＭΩ。运用Ｒａｌｌ的线性电缆模型,计算出这些神经元树突的电紧张长度（Ｌ）为０．７９±０．１３;电压衰减因数（Ｈ）为回．３３±０．１１。说明家兔外膝体中继细胞是电学紧密的,树突远端的电位可扩散到胞体,幅度仅衰减２５％左右。     

猫外膝体神经元对光栅刺激方位倾向性的一种分布特性

我们检测了猫外膝体(LGN)神经元对闪烁方波光栅的反应与光栅方位的关系。对一定对比度和空间频率的光栅,26个记录到的神经元的反应均随方位不同而变化,其最大反应和最小反应的比值平均为3.0±0.3(S.E.)。神经元的最优方位(即引起最大反应的光栅方位)随其感受野中心在视网膜上的位置而异,具有平行于其各自感受野中心与视网膜中央区(area cen-sralis)的连接线的倾向。     

家兔中脑上丘浅层神经元的生理特性

用电生理方法将家兔上丘浅层神经元分成3类,其中两类为传出神经元分别投射到丘脑枕核(N=52)和外膝体背核(N=54),其它均归为第3类(N=99).2类传出神经元都接受单突触视觉传入,其传入视束纤维的传导速度基本相同,说明在家兔上丘,这2个通路没有传导速度的差异.它们还接受来自视束的三突触抑制性传入,可能是经返回抑制回路介导的.第3类神经元接受双突触视觉传入和三突触的抑制性传入,其机能有待进一步研究.     

单眼视觉剥夺猫外膝体神经元的双眼反应特性

采用在位（ｉｎ ｖｉｖｏ） 胞内记录技术,研究了单眼视觉剥夺猫外膝体（ＬＧＮ） 神经元的双眼反应特性（ｂｉｎｏｃｕｌａｒｉｔｙ） , 结果发现单眼剥夺猫外膝体几乎所有的双眼反应神经元都对非优势眼的闪烁光斑刺激有不同程度的反应,并且剥夺层和非剥夺层神经元在反应特性上没有明显差异。但是,与非剥夺层神经元相比,几乎没有剥夺层的神经元能对非优势眼的正弦移动光栅刺激起反应,并受其空间频率的调制。结果提示皮层下外膝体水平上这种双眼反应的某些精细反应性质可能与后天视觉经验的修饰有关,并可能受皮层反馈输入的影响。     

大鼠上丘到外膝体P—物质投射的机能

已知大鼠外膝体内有中脑上丘来的含Ｐ－物质的神经末梢,其机能不明,在离体的大鼠外膝体脑片上用单电极电压箝位的方法研究了Ｐ－物质对外膝体神经元电压依赖性离子通道的作用。结果表明,Ｐ－物质可以使静息膜去极化,并降低膜电导。这提示Ｐ－物质抑制了线性钾漏电流。此外,Ｐ－物质还抑制去极化激活的慢失活的钾电流。低阈值钙电流和超极化激活的内向整流（Ｈ或Ｑ）电流。Ｐ－物质还可能抑制早钾（Ａ）电流。因此,Ｐ－物质在外     

大鼠上丘到外膝体P－物质投射的机能

已知大鼠外膝体内有中脑上丘来的含Ｐ－物质的神经末梢,其机能不明。在离休的大鼠外膝体脑片上用单电极电压箝位的方法研究了Ｐ－物质对外膝体神经元电压依赖性离子通道的作用。结果表明,Ｐ－物质可以使静息膜去极化,并降低膜电导。这提示Ｐ－物质抑制了线性钾漏电流。此外,Ｐ－物质还抑制去极化激活的慢失活的钾电流、低阈值钙电流和超极化激活的内向整流（Ｈ或Ｑ）电流。Ｐ－物质还可能抑制早钾（Ａ）电流。因此,Ｐ－物质在外膝体视觉信号传递中的作用是使外膝体神经元从爆发反应方式或振荡状态转化为中继反应方式,易化突触传递,使视网膜的视觉信号忠实地传递到大脑皮层。     

乙酰胆碱减小猫外膝体中继细胞低阈值T—型钙电导

在离体猫丘脑脑片上观察了乙酰胆碱对外膝体中继神经元膜的低阈值Ｔ－型钙电导的影响。电流箝位和电压箝位实验结果都显示：将膜电位箝制到给药前的对照水平,排除了乙酰胆碱的去极化作用后,大多数（８２％）外膝外神经元的低阈值钙电导仍然被乙酰胆碱所抑制。说明这种抑制作用独立于乙酰胆碱引起的膜电位变化,而是对低阈值Ｔ－型钙通道的直接作用。     

猫外膝体中继细胞低阈值钙通道的动力学特性

在猫外膝体脑片上用单电极电压钳位的方法研究了低阈值T-型钙离子通道的动力学特性.采用阻断各种钾和钠离子通道、减小钙离子电流和选择适当的维持电位等方法,改善了脑片实验的空间钳位.所得结果与大鼠外膝体急性分离神经元的结果一致.说明猫外膝体神经元T-型钙离子通道的动力学特性与大鼠的相同.     

猫外膝体神经元时间频率调谐特性的研究

用示波器产生亮度受正弦波调制的小光点刺激清醒猫外膝体神经元的感受野,以不同调制频率下神经元放电的平均频率为指标,分析了126个细胞感受野中心的时间频率调谐特性,主要结果如下。(1)大多数(93.7%)细胞呈调制-兴奋型反应,即刺激光的时间调制在一定频率范围内使放电频率增加;少数(6.3%)细胞呈调制-抑制型反应,即在一定频率范围内,时间调制使放电减少。(2)根据调谐曲线的形状和通带宽度,调制-兴奋型反应包括带通滤波器和低通滤波器两种类型,其110个调谐曲线的峰值分布接近正态曲线,多数细胞对7Hz 的调谐最敏感。调制一抑制型反应包括带除滤波器和低除滤波器两类。(3)调制-兴奋型曲线的通带旁边较當出现抑制性侧带,调制-抑制型曲线出现兴奋性侧带。(4)感受野中心区与外周区的时间频率调谐曲线的带宽和形状有所不同。     

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.     

猫外膝体神经元兴奋和抑制过程的相互作用

用神经脉冲自动计数的方法,定量地研究了猫外膝体神经元兴奋与抑制过程在时间和空间上的相互作用。1.时间上的相互作用:在亮度变化瞬间,神经细胞的兴奋或抑制过程增强,表现为放电频率暂时地明显增加或减少。这一作用持续的时间(适应时间),瞬变细胞约0.1秒,持续性小感受野细胞约4～8秒,持续性大感受野细胞约40～80秒。2.空间上的相互作用:改变被照射视网膜面积的大小,同时计算神经元的平均放电频率,可以确定外周抑制区的存在、范围和强度。外周抑制可以同时作用于给-撤细胞的给光反应和撤光反应,也可以选择地只抑制其中某一种反应。纯撤光细胞没有外周抑制区。具有大感受野的外膝体神经元,其感受野的大小与背景光的强度有关。在高亮度情况下,感受野变小,有利于改善分辨率;在低亮度下,感受野扩大,有利于提高灵敏度。     

神经元分化的信号转导

神经细胞的分化是神经系统发育过程中的重要事件之一 ,它涉及神经元的迁移、轴突的定向生长、突触发生和选择性凋亡等一系列过程。这些分化过程是在特定的信号分子精确调控下 ,由胞内信号通路介导完成的。1 .神经生长因子 (ＮＧＦ)诱导的Ｒａｓ Ｒａｆ ＭＡＰＫ原癌基因产物信号通路ＮＧＦ是第一个被发现的神经营养因子 ,它能诱导多种神经细胞的轴突快速生长 ,也能促使ＰＣ1 2细胞向交感样神经元的转变。ＮＧＦ的主要作用受体为ＴｒｋＡ ,为受体酪氨酸激酶家族成员。活化的ＴｒｋＡ通过接头分子Ｓｈｃ激活膜内表面的原癌基因产物Ｒａｓ ,活…