L-谷氨酸和卡巴胆碱对中脑腹侧被盖区多巴胺能神经元簇放电的影响

中脑腹侧被盖区(ventral tegmental area,VTA)多巴胺能神经元的簇放电会导致其突触末梢多巴胺释放量瞬时大量增加,已被公认是编码奖赏效应的功能相关信号,但诱发多巴胺能神经元产生簇放电的神经调节的具体机制尚不完全清楚。为深入理解诱发VTA多巴胺能神经元产生簇放电介导奖赏信号的递质机制和不同脑区间的协同作用,本实验利用大鼠离体脑片,研究了胆碱能受体激动剂卡巴胆碱单独灌流,兴奋性谷氨酸能受体激动剂L-谷氨酸单独脉冲式给药及二者同时作用时VTA多巴胺能神经元簇放电的产生。结果显示,在离体脑片,卡巴胆碱(10μmol/L)持续灌流或L-谷氨酸(3mmol/L)脉冲式给药均能够诱发多巴胺能神经元产生簇放电。在二者单独作用不能诱发簇放电的神经元,卡巴胆碱和谷氨酸联合用药则可以诱发出簇放电。这些结果提示,卡巴胆碱和L-谷氨酸在诱发多巴胺能神经元簇放电的过程中具有协同作用。     

鳌虾口胃神经节神经元簇放电的动态离子流机制

为研究神经元自身的电活动特性(簇放电节律模式到峰放电节律模式的转迁,以及簇放电节律的离子流机制),本实验选取鳌虾口胃神经节(stomatogastric ganglion,STG)中功能上孤立的单个神经元,记录其在胞外钙离子浓度([Ca2+]o)变化和钙依赖钾离子通道阻断剂tetraethylammonium(TEA)作用下细胞内电活动的变化。当[Ca2+]o降低时,神经元膜电位水平升高,电活动模式表现为从低电位水平的静息(极化静息),到簇放电,再到峰放电,最后到高电位水平的静息(去极化静息)的转迁历程;当细胞外TEA浓度([TEA]o)增加时,神经元膜电位水平也升高,电活动模式表现为从极化静息,到簇放电,再到峰放电的转迁历程,且变化过程是可逆的。上述结果表明,不同生理状态下神经元电活动模式是复杂多样的,这种复杂多样的电活动模式随生理调节参数变化可以表现出规律性的转迁。另外,钙离子内流通过影响[Ca2+]i水平进而调节钙依赖钾电导,决定簇放电的起始与终止,这可能是簇放电产生的动态离子流机制。     

海马CA1区ripple节律相关高频放电中间神经元

通过在清醒小（Mus musculus）大脑同步记录海马区单神经元放电和场电位,发现在海马CAl区存在两类-9慢波睡眠时海马特征场电位“ripple”高频振荡（100-250Hz）相关的高频放电中间神经元．这两类神经元在慢波睡眠时的放电与ripple在时间上有高度同步性,对应每个ripple振荡波,它们都有一串高频放电．其中一类中间神经元（类型Ⅰ）在一个ripple振荡波的每个子振荡周期基本有1个放电,而另一类中间神经元（类型Ⅱ）则有1-2个放电．在ripple振荡波时段,这两类中间神经元的峰值放电频率分别高达310±33．17Hz（类型Ⅰ）和410±47．61Hz（类型Ⅱ）．动物清醒活动时,这两类中间神经元的放电与海马场电位的theta节律有锁相关系,它们的最大放电概率在theta节律的波谷段．给予动物摇晃刺激时,这两类中间神经元的放电频率均会短促增加．这些研究结果显示,海马CAl区的这种高频放电中间神经元参与调节海马神经元网络的整体活动状态．     

交流外电场下映射神经元放电节律的分析

神经元不同的放电节律承载着不同的刺激信息。文章基于神经元映射模型,研究低频交流电场对神经元放电节律的影响。在外部刺激下映射模型表现出丰富的放电模式,包括周期簇放电、周期峰放电、交替放电和混沌放电。神经元对刺激频率和振幅的变化极为敏感,随着频率的增大,放电节律表现出从簇放电到峰放电和混沌放电的反向加周期分岔序列;在周期节律转迁过程中存在一种新的交替节律,其放电序列为两种周期放电模式的交替,峰峰间期序列具有整数倍特征。外电场的频率影响细胞内、外离子振荡周期,导致神经元放电与刺激信号同步,对放电节律的影响更为明显。研究结果揭示了交流外电场对神经元放电节律的作用规律,有助于探寻外电场对生物神经系统兴奋性的影响和神经系统疾病的致病机理。     

混沌放电的可兴奋性细胞对外界刺激反应敏感的动力学机制

在大鼠损伤背根节神经元受到去甲肾上腺(NE)、四乙基胺(TEA)和高浓度钙等剌激的实验中,观察到非周期放电的神经元明显地比周期放电的神经元对外界刺激的反应敏感程度高。现有的结果表明许多非周期放电的神经元实际上表现为确定性的混沌运动,比如混沌尖峰放电、混沌簇放电以及整数倍放电等。以修正的胰腺B细胞Chay模型为例,通过对其分岔结构的分析和对构成混沌吸引子的基本骨架的不稳定周期轨道的计算,揭示了分岔、激变和混沌运动对参数敏感依赖性是该现象产生的动力学机制。同时指出以往使用平均发放率来刻划可兴奋性细胞放电活动存在的缺陷,提出了一种新的利用周期轨道信息的刻划方法。     

大鼠杏仁核簇与痛觉调制的关系

目的：研究伤害性刺激对大鼠杏仁核簇中各亚核痛反应神经元电活动的影响。方法：用串电脉冲刺激坐骨神经作为伤害性刺激,用玻璃微电极引导神经元放电。结果：杏仁核簇中多个亚核均存在痛反应神经元。伤害性刺激使痛兴奋神经元(PEN)诱发放电频率增加;使痛抑制神经元(PIN)诱发放电频率降低,并出现放电频率极低现象;两类神经元电活动相互配合。腹腔注射吗啡(10mg／kg)可以对抗伤害性刺激对痛反应神经元的作用。结论：杏仁核簇中的部分亚核在感受、整合和传递痛觉信息方面起一定作用,是中枢神经系统控制和处理痛觉信息的一个组成部分。     

神经起步点自发放电节律及节律转化的分岔规律

在神经起步点的实验中观察到了复杂多样的神经放电([Ca^2 ]o)节律模式,如周期簇放电、周期峰放电、混沌簇放电、混沌峰放电以及随机放电节律等。随着细胞外钙离子浓度的降低,神经放电节律从周期l簇放电,经过复杂的分岔过程(包括经倍周期分岔到混沌簇放电、混沌簇放电经激变到混沌峰放电、以及混沌峰放电经逆倍周期分岔到周期峰放电)转化为周期l峰放电。在神经放电理论模型——Chay模型中,调节与实验相关的参数(Ca^2 平衡电位),可以获得与实验相似的神经放电节律和节律转换规律。这表明复杂的神经放电节律之间存在着一定的分岔规律,它们是理解神经元信息编码的基础。     

藜芦碱致使大鼠背根神经节A类神经元产生触发性振荡

在大鼠L5背根节浸浴钠通道失活门阻断剂藜芦碱（veratridine),记录该背根节神经元A类单纤维传入放电。发现：浸浴藜芦碱（1．8－3μmol/L）10min后,触压皮肤感受野或刺激坐骨神经引起部分静息纤维产生高频放电,其放电峰峰间期（interspike interval,ISI)形成U字形等型式的振荡,称之为触发性振荡。刺激脉冲的间隔越大,触发该振荡所需要的刺激脉冲数也就越多;不同时程和形式的刺激引起触发性振荡的形式无明显差异;触发性振荡的后抑制时期一般为30－90s。另外,实验还观察到该触发性振荡可由同一神经刺激引起的传入冲动触发。上述结果表明,用黎芦碱处理可使初级感觉神经元产生一种触发性振荡,该振荡机制可能与触发病的发作有关。     

兔边缘系统背侧海马呼吸相关神经元

本工作对35只家兔在背侧海马区用玻璃微电极记录了103个神经元单位放电,分类如下:56个神经元属非呼吸节律性自发的间歇性放电,可分为两种类型:一为长时振荡型放电;另一为短时振荡型放电。47个神经元出现呼吸节律同步性自发放电,可分为三种类型:吸气型15个单位;呼气型9个单位;跨时相型23个单位。上述结果提示:边缘系统海马的呼吸信息在情绪活动的协调方面可能是一个有趣的问题。     

猫外膝体神经元时间频率调谐特性的非序列脉冲间隔分析

用正弦调制的光点,刺激清醒猫外膝体神经元感受野中心,对25个细胞的非序列脉冲间隔直方图进行了分析,观察到在黑暗和恒定光照条件下,具有均匀、单模和多模三种分布类型。随着闪光频率的变化,在所有直方图上第二模出现的时程等于闪光周期,在细胞各自特有的敏感频率时,直方图上的模数最少,第一模频数最大。这些结果不仅与平均放电频率的变化相对应,也表明闪光所引起的细胞簇形放电,对其敏感频率同步最佳,脉冲数最多,密度最高。细胞放电图的这种闪光调制,有利于该细胞传递其偏爱频率的亮度变化信息。     

神经放电节律加周期分岔序列中的簇放电到峰放电的转迁

含快慢子系统的神经元数学模型仿真预期,神经放电节律经历加周期分岔序列,可以进一步表现激变,并通过逆倍周期分岔级联进入周期1峰放电。实验调节胞外钙离子浓度,观察到从周期1簇放电开始的带有随机节律的加周期分岔到簇内有多个峰的簇放电,再经激变转迁到峰放电节律的分岔序列,提供了这种分岔序列模式实验证据。实验所见之激变表现为簇放电节律的休止期消失,放电节律变为混沌峰放电和周期峰放电。作者利用随机Chay模型更加逼真地仿真再现了实验所见的分岔序列。该实验结果验证了以前的确定性数学模型的理论预期,并利用随机理论模型仿真了其在现实神经系统的表现;揭示了一类完整的神经放电节律的转换规律。     

帕金森病丘脑底核神经元的电活动特点

本研究探讨了帕金森病(Parkinson′s disease, PD)患者丘脑底核(subthalamic nucleus, STN)神经元电活动的特点及其与PD症状的关系. 35例PD患者在接受手术治疗的同时, 应用微电极细胞记录和EMG记录技术, 记录手术靶点STN及其周围结构神经元的电活动以及手术对侧肢体的EMG. 应用分析软件甄别单细胞电活动, 分析其特点及其与肢体EMG的关系. 结果表明, STN及其周围结构具有特征性放电活动.在36个记录针道中, 共发现436个STN神经元, 平均放电频率44.0±20.5 Hz. 其中, 56%的神经元呈不规则簇状放电; 15%呈紧张性放电; 29%呈规则的簇状放电, 其放电节律与肢体震颤的EMG高度一致(r2=0.66, P<0.01), 称之为震颤细胞. 在PD震颤型患者的STN中发现大量震颤细胞, 且80%位于STN中上部, 而在PD僵直型患者的STN中均发现与运动相关的细胞电活动. 本研究提示, 通过微电极记录技术可准确地判断STN的位置和范围; 与震颤活动相关的细胞放电和与运动相关细胞的放电与PD症状有内在关系; STN参与PD运动障碍的病理生理过程.     

自涌动态神经元集群-脑的时空编码新概念

概述了关于脑的时空编码概念的演化,涉及到下面一些问题：１）皮层神经元是以放电速率还是以放电定时编码信息;２）Ｂａｒｌｏｗ的“祖母细胞”和Ｈｅｂｂ经典细胞集群面临的挑战;３）Ｍａｌｓｂｕｒｇ的脑功能的相关理论和神经活动的同步振荡;４）Ｈｏｐｆｉｅｌｄ的神经编码原理和自涌动态神经元集群新概念;５）Ｔｈｅｔａ节律,ｇａｍｍａ振荡和２００Ｈｚ锁相振荡与脑的“时间编码空间”;最后,给出了一些讨论。     

Otx1在小鼠癫痫样行为中的潜在作用机制:大脑皮质第5皮层锥体神经元生理功能的“调节者”

转录因子Otx1在大脑皮质第5皮层锥体神经元中特异性表达。该研究利用全细胞膜片钳记录技术和神经元三维形态模拟重构及定量分析平台探讨Otx1在小鼠癫痫样行为中的潜在作用机制。结果表明,在大脑皮质运动区第5皮层锥体神经元中鉴定到四种不同放电类型的神经元,即固有爆发式、节律性振荡爆发式、适应性规律式及紧张性放电型。与对照相比,Otx1突变小鼠中规律式放电神经元的比例显著升高,而爆发式放电神经元的比例显著减少并表现出增强的兴奋性。此外,Otx1突变促使神经元动作电位(action potential,AP)阈值、输入阻抗及快速后超极化电位都显著降低,进而使其兴奋性增强。Otx1突变降低神经元基树突形态结构复杂性,主要表现为基树突表面积、体积、分节表面积及分节体积的显著降低。可见,Otx1突变导致大脑皮质运动区第5皮层锥体神经元生理功能的改变可能是小鼠癫痫样行为的潜在原因。     

多通道在体记录技术——动作电位与场电位信号处理

多通道在体记录可以同时记录到多个神经元的胞外放电信号以及对应的局部场电位的活动信号。如何对记录到的这两种电信号进行合适的处理,以确保实验结果的准确性,是运用好多通道在体记录技术的关键之一。本文旨在针对多通道在体记录的原始数据,介绍动作电位及场电位信号的常用数据处理方法。动作电位信号属于高频信号,一般用40 kHz的高速采样频率进行采集和记录。根据记录到的神经元胞外动作电位波形,运用主成分分析技术,再结合四电极记录技术的优势,可对来自记录电极周围不同空间位置的神经元放电信号进行良好的甄别,从而获得较精确的单神经元放电时间序列。而局部场电位信号属低频信号(300 Hz),一般用1 kHz的采样频率进行采集和记录。记录到的场电位原始信号需要进行数字滤波,从而分离出场电位信号中不同频率段的节律性振荡。啮齿类动物海马结构中常见的节律性振荡有动物清醒活动及快速眼动睡眠时的theta节律(4~12 Hz);清醒认知活动过程中,伴随着theta节律一起出现的gamma节律(30~80 Hz);以及清醒静止及慢波睡眠时的ripple高频振荡(100~250 Hz)。针对以上处理获得的数据,常用的后续数据分析方法有:神经元放电间隔分析、神经元放电自相关与互相关分析、以及信号的频谱分析等。     

多通道在体记录技术——神经元放电与节律性场电位间的相位分析方法

本文旨在介绍神经元放电序列与节律性场电位间的相位分析方法。多通道在体记录技术能同时记录群体神经元和局部场电位的活动信号。神经元的放电活动一般表征为放电时间序列;而在局部场电位信号中,则包含有不同频率成分的周期性节律振荡。相位分析主要考察神经元放电时刻与周期性节律场电位相位间的相互关系。具体分析时,先运用Hilbert变换计算出某一频段节律场电位信号的瞬时相位值,然后再计算某一神经元放电序列中每个动作电位相对于该节律场电位的放电相位,最后通过考察这些放电相位的分布特性,来判断该神经元与该节律场电位相位间的放电相位关系。如一神经元放电序列对某种节律场电位的相位分布经统计检验不是随机的,则表明该神经元对这种节律场电位有放电锁相关系。Theta相位进动则是一种特殊的神经元放电与周期性节律场电位间的相位关系,也是海马位置细胞放电的基本特性之一。海马位置细胞在位置野内一般呈theta节律簇状放电模式,而相位进动是指每一theta波内放电的theta相位,相对上一theta波会逐渐提前。这一现象可通过对位置细胞放电的theta相位和动物实时位置使用线性模型来描述;并运用圆周线性相关分析法,计算它们之间的相关系数,从而研究位置细胞在位置野中的放电相对于theta相位的进动情况。通过相位分析,可以帮助我们了解神经元放电与节律性场电位信号间的时间信息编码特性。     

综合性运动通过改善海马CA1和内嗅皮层的神经网络功能减少创伤性脑损伤功能缺陷（英文）

本研究旨在探讨中度创伤性脑损伤(traumatic brain injury, TBI)后C57BL/6J小鼠海马CA1与内嗅皮层(medial entorhinal cortex, MEC)功能相互作用变化,以及综合性运动(comprehensive exercise, CE)可能产生的有益效果。TBI后,将两个微电极植入CA1和MEC进行细胞外记录,我们发现CA1和MEC部位神经元放电明显同步,特别是在100 Hz范围内,放电同步峰值在20～30 Hz;TBI导致20～40 Hz频段放电相关系数显著降低(P <0.001);在20～40 Hz和56～100 Hz范围内,所有组小鼠在MEC部位平均功率密度(power spectral density, PSD)均高于CA1部位的PSD;在CA1和MEC,TBI可导致20～40 Hz或56～100 Hz平均PSD (P <0.001或P <0.01)显著性及同步性增加;TBI小鼠表现出更加多样化的神经元放电模式,且簇发放电频率、簇发放电持续时间、簇发放电内放电间隔和簇发放电间隔均增加;损伤小鼠也表现出神经功能、睡眠、...     

癫痫电网络重建过程中的海马-体循环动脉血压调节网络

目的:观察右侧海马(HPC)微量注射印防己毒素(PTX)诱导HPC癫痫电网络重建过程中HPG体循环动脉血压调节网络的形成.方法:将PTX(7.2μg)微量注射到大鼠右侧HPC诱发HPC癫痫,四通道同步记录左侧深部电图、单个HPC细胞外单位放电、左侧股动脉血压和标准Ⅱ导联心电图.结果:将PTX微量注射到右侧HPC后可以引起以下效应:①对侧HPC神经元长时程爆发式单位放电与单位后放电,并具有相似的脉冲间隔(interspike intervals,ISI)点分布;②延迟对侧HPC神经元爆发式单位放电与相对应的股动脉血压下降发生的时间关系;③出现复合式的对侧HPC神经元爆发式单位放电或单位后放电和股动脉血压下降耦合;④具有相似点分布特征的对侧HPC网络波峰间隔(interpeak intervals,IPI)和单个神经元ISI共同参与了HPC-体循环动脉血压调节网络的构成.结论:将PTX微量注射到右侧HPC可以在诱导对侧HPC癫痫网络形成的同时通过特征性的瞬时编码形式调制HPC-体循环动脉血压调节网络的功能活动.     

运动结构背景对视觉系统神经元反应的调制作用

对蟾蜍的５６个视顶盖神经元的视觉反应进行了定量考察和分析,发现它们不仅对黑目标起反应,也对结构目标起反应．同相运动的结构背景使５３．５％的神经元的反应完全抑制,而异相运动则只有１０％的神经元完全被抑制,却有２１．６％的神经元反应增强．遮盖感受野（ＲＦ）中心区,则同相运动使某些细胞脱抑制,而异相运动使其抑制强度稍有增强．遮盖ＲＦ的外周区,几乎全部研究过的神经元对结构背景运动本身也起反应。本研究还发现,如果预先将一目标放在兴奋性感受野（ＥＲＦ）中央静止不动,并使结构背景在水平方向匀速移动较长时间后突然停止运动,则被研究过的６６个视盖神经元中有２９个发放一串脉冲,即神经元的运动后放电．各个神经细胞放电的脉冲多寡不一。若在ＥＲＦ中央不放置静止目标,仅是结构背景的水平运动不能诱发放电．此效应的出现,既与目标背景间反差符号（即目标为白色或黑色）无关,也与背景的运动方向无关。为诱发这一效应,不仅要求背景运动时间较长（至少在２０秒以上）,而且目标的面积要有足够大。     

在大鼠受损坐骨神经上由藜芦碱诱发的抛物线簇放电

在大鼠受损坐骨神经上加入 5 μmol L藜芦碱溶液 ,观察到了抛物线簇放电的现象。根据Plant模型 ,发生抛物线簇放电的前提条件必须有两个慢变量所支配的慢振荡过程。结合实验模型 ,从离子通道活动的角度揭示了抛物线簇放电发生的生物物理机制。由藜芦碱诱发的慢变钠内流和钙依赖钾外流被认为是引发实验所观察到的抛物线簇放电的两个慢变量。进而阐明了藜芦碱引起这一放电形式所起的作用 ,即抑制钠通道失活引发慢变钠内流。这种利用非线性动力学理论的分析方法可能会为分析药物的药物动力学提供一种新的途径。