持续与间断噪声前掩蔽条件下小鼠下丘神经元的不同反应模式

有关听中枢神经元纯音前掩蔽效应的神经表征已进行了大量研究,但是,噪声前掩蔽尤其是间断噪声前掩蔽效应的神经表征却鲜有报道。本研究观察了自由声场条件下,昆明小鼠下丘神经元在持续与间断噪声前掩蔽条件下对纯音探测声的反应。共记录到96个下丘神经元,测量了其中51个神经元在不同声刺激条件下的强度一放电率函数。结果显示,掩蔽声强度分布较广（探测声阈下21dB至阈上19dB之间）。在将近一半的神经元中,间断噪声的前掩蔽效应比持续噪声强（Ⅰ型,45．10％,P〈0．001）,但也有少数神经元其间断噪声的掩蔽效应较持续噪声的弱（Ⅲ型,17．65％,P〈0．001）,部分神经元无显著性差异（Ⅱ型,37．25％,P〉0．05）。无论Ⅰ型还是Ⅲ型神经元,持续噪声和间断噪声均在探测声强度较低时产生较强的抑制效应,随着探测声强度的升高,抑制效应逐渐降低（P〈0．001）;同时,持续噪声和间断噪声之间前掩蔽效应差异亦不复存在（P〉0．05）。此外,当掩蔽声由持续噪声换为间断噪声后,部分Ⅰ型神经元掩蔽时相的类型发生转变,其中最主要的转变为由前期抑制转变为均衡抑制（53．85％,7／13）。对下丘神经元声反应的时间域以及强度域,持续与间断噪声具有分化性前掩蔽效应,提示噪声前掩蔽并非简单的神经元发放压抑源,某些主动性神经调制机制可能参与了噪声条件下时相声信息的编码过程。     

后掩蔽效应对大棕蝠下丘神经元声反应的影响

以回声定位蝙蝠为模式动物,采用在体动物细胞外单位记录法,研究了后掩蔽效应对下丘神经元声反应的影响。结果显示,部分神经元(38％,12／31)对测试声刺激的反应明显受到掩蔽声的抑制,其后掩蔽效应强弱与掩蔽声和测试声的相对强度差(inter-stimulus level difference,SLD),以及测试声与掩蔽声之间的间隔时间(inter-stimulus onset asynchrony,SOA)有关：当掩蔽声强度升高或测试声强度降低时,后掩蔽效应增强;而SOA的缩短,亦可见后掩蔽效应增强。另外,相当数量的神经元(52%,16／31)对测试声刺激的反应并不受掩蔽声的影响,其中有的神经元只有在特定SLD和SOA时,才表现出后掩蔽效应。而少数下丘神经元(10％,3／31)在特定SLD和SOA时,掩蔽声对测试声反应有易化作用。上述结果表明,部分下丘神经元参与了声认知活动中的后掩蔽形成过程,推测下丘神经元在定型声反应特性中,对掩蔽声诱导的兴奋前抑制性输入与测试声诱导的兴奋性输入之间的时相性动态整合起关键作用。     

偏离最佳频率的声信号对几内亚长翼蝠下丘神经元的前掩蔽

为探讨偏离神经元最佳频率(best frequency,BF)的声刺激对下丘神经元的前掩蔽效应,实验选用5只听力正常的几内亚长翼蝠(Miniopterus magnater),记录它们的下丘神经元对偏离BF的掩蔽声和探测声(BF)的反应.结果发现,当掩蔽声向高或低频方向偏离神经元的BF时,掩蔽效应逐渐降低.根据计算出的...     

调频声调制方向选择性与其前掩蔽的关系:小鼠下丘细胞内记录研究北大核心CSCD

细胞外记录研究报道听中枢神经元的调制方向选择性和前掩蔽均与神经抑制有关,但由于未能获得抑制性突触输入作用的直接证据,尚存有争议。本研究在20只昆明小鼠(Mus musculus Km)上进行在体细胞内记录,研究了下丘神经元调频声的调制方向选择性或偏好与其前掩蔽之间的关系。共获得93个下丘神经元,对其中37个产生动作电位(action potential,AP)发放且数据完整的神经元做了分析和讨论。在上扫选择性神经元(n=12)频率调谐的高频边存在抑制性突触后电位构成的抑制区,而在下扫选择性神经元(n=8)的低频边存在抑制区,在不具有调制方向选择性的神经元(n=17)频率调谐的高、低频边均未观察到有明显的抑制区,表明这些抑制区是调频声调制方向选择性形成的重要原因。比较上扫和下扫调频声对上、下扫选择性和非选择性神经元的前掩蔽效应,结果显示具有调制方向选择性的神经元,其所偏好方向的调频声对最佳频率(best frequency,BF)声产生的前掩蔽强于非偏好的调频声;而无调制方向选择性神经元,上、下扫调频声的掩蔽效应无差异。以上结果提示,AP后跟随的强抑制性突触后电位可能是调制方向选择性神经元前掩蔽产生的机制。     

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。     

GABA能抑制调制大棕蝠下丘神经元对串声刺激的强度敏感性

本文采用不同重复率的串声刺激,模拟大棕蝠回声定位不同阶段听到的调频声纳信号,利用电生理方法和微电泳技术研究不同重复率串刺激条件下GABA能抑制对下丘神经元强度敏感性的影响。结果发现,随串刺激重复率的增加,有的神经元强度敏感性增强,有的神经元强度敏感性则降低。在不同串刺激条件下,微电泳荷包牡丹碱,神经元放电率均增加,随重复率增加强度敏感性增强或减弱的趋势消失,提示GABA能抑制调制下丘神经元对不同重复率串刺激反应的强度敏感性。串刺激强度在最低闽值附近时,微电泳荷包牡丹碱导致放电率增加的百分率最大,随串刺激强度增加,放电率增加的百分率逐渐减小。提示刺激强度较低时,GABA能抑制对下丘神经元强度敏感性的影响更有效。     

Bicuculline对小鼠中脑下丘听神经元

采用微电泳技术考察了GABAA受体拮抗剂荷包牡丹碱（bicuculline）,对小鼠中脑下丘听神经元强度-放电率曲线、频率调谐曲线和听空间反应域的影响。结果表明,微电泳bicuculline使听神经元的放电率显著提高,多数神经元的强度-放电率曲线变为单调型;听神经元频率调谐曲线加宽,并且对曲线上部的作用更加明显;听神经元的听空间反应域增大,方向敏感性降低。实验结果提示了GABA能抑制在下丘听信息处理中的重要作用。     

GABA能抑制调制大棕蝠下丘听神经元时间编码模式

大棕幅（Eptesicus fuscus）下丘神经元对重复率为10pps(pulse per second）、30pps的串声刺激均产生跟随反应,但对90pps串声刺激的跟随反应则不尽相同,微电泳bicuculline阻断GABA能抑制作用后,所记录的58个神经元中,有13个（22％）放电率及串声刺激反应模式无;45个（78％）神经元放电率有不同程度的增加。对10pps、30pps串声刺激仍能产生跟随反应,但对90pps串声刺激的跟随反应模式有多种变化。其中：17个（29％）神经元为放电率增加的跟随反应;9个（15％）神经元放电率增加,对前100ms的串刺激产生反应且放电密集,而对随后200ms的串刺激只产生少量的放电;15个（26％）神经元放电率增加,在前几十毫秒范围内有较多的放电反应,后续的反应很弱;4个（7％）神经元只对第一个声刺激产生反应,且放电率增加,随后放电急剧减少。结果提示中脑下丘神经元对听觉信息的时间编码可能具有更复杂的机理。     

弱噪声对下丘神经元声强敏感性的动态调制

为探讨复杂听环境下行为相关声信号提取的可能机制,研究了弱噪声对下丘(IC)神经元强度．放电率函数(RIF)的影响。实验在9只昆明小鼠(Musmusculus Km)上进行,在自由声场刺激条件下,分别记录短纯音刺激以及同步输出短纯音阂下5dB包络白噪声刺激时IC神经元的RIF,共获112个IC神经元,测量了其中44个神经元在加入噪声前(W／O)后(w)的RIF。以加入噪声前后RIF的声强动力学范围(DR)、斜率、以及不同声刺激强度的放电率抑制百分比变化为指标,比较分析发现：弱噪声对神经元发放率的影响呈三种类型,即抑制(39／44,88．6％)、易化(2／44,4．6％)和无影响(3／44,6．8％),但只有抑制性影响有显著性意义(P＜0．001,n=39);弱噪声对阂反应的抑制效应最强,并随纯音强度的增加而逐步减弱(P＜0．01301,n=39);此外,弱噪声的抑制作用还使大部分神经元的(31／39,79．5％)DR变窄(P＜0．01,,l=31)、RIF的斜率增加(P＜0．01,n=31)。上述结果提示,弱噪声参与下丘神经元声强敏感性的动态调制过程。这一观察为人们深入了解自然听环境中声信号提取的中枢机制提供了新认识。     

小鼠下丘神经元声反应的性别差异

采用自由声场的纯音短声刺激研究昆明小鼠下丘神经元听反应特征的性别差异。结果表明,①下丘神经元放电形式雌性以相位型为主,雄性以持续紧张型为主,且持续紧张型出现率存在明显的性差(P<005);②最佳频率分布雌雄都主要集中在10～20kHz,而潜伏期分布雌性较雄性集中;③最小阈值分布雌性主要集中于40～63dBSPL,而雄性无明显的集中区;④神经元最大发放雌性明显高于雄性(P<001);⑤脉冲发放函数和潜伏期函数的类型雌雄相同,但非单调型潜伏期函数出现率雄性明显高于雌性(P<001);⑥小鼠下丘神经元频率调谐曲线被分成五类,各类出现率在雌雄间无明显差异,但宽阔型频率调谐曲线百分率雌性明显高于雄性(P<005),且雌性频率调谐曲线高频边反转斜率明显高于雄性(P<005)。因此提示,雌雄小鼠下丘神经元声反应特征存在一定的差异。     

Masking effect of different durations of forward masker sound on acoustical responses of mouse inferior collicular neurons to probe sound

To study the effects of different durations of forward masker sound on neuronal firing and rate-intensity function(RIF)of mouse inferior collicular(IC)neurons,a tone relative to 5 dB above the minimum threshold(re MT+5 dB)of the best frequency of recorded neurons was used as forward masker sound under free field stimulation condition.The masker durations used were 40,60,80,and 100 ms.Results showed that as masker duration was increased,inhibition in neuronal firing was enhanced(P＜0.0001,n=41)and the latency of neurons was lengthened(P＜0.01,n=41).In addition,among 41 inhibited IC neurons,90.2%(37/41)exhibited narrowed dynamic range(DR)when masker sound duration was increased(P＜0.0001),whereas the DR of 9.8%(4/41)became wider.These data suggest that masking effects of different durations of forward masker sound might be correlated with the amplitude and duration of inhibitory input to IC neurons elicited by the masker sound.     

Masking effect of different durations of forward masker sound on acoustical responses of mouse inferior collicular neurons to probe sound

To study the effects of different durations of forward masker sound on neuronal firing and rate-intensity function (RIF) of mouse inferior collicular (IC) neurons, a tone relative to 5 dB above the minimum threshold (re MT+5 dB) of the best frequency of recorded neurons was used as forward masker sound under free field stimulation condition. The masker durations used were 40, 60, 80, and 100 ms. Results showed that as masker duration was increased, inhibition in neuronal firing was enhanced (P < 0.000 1, n = 41) and the latency of neurons was lengthened (P<0.01, n = 41). In addition, among 41 inhibited IC neurons, 90.2% (37/41) exhibited narrowed dynamic range (DR) when masker sound duration was increased (P < 0.000 1), whereas the DR of 9.8%(4/41) became wider. These data suggest that masking effects of different durations of forward masker sound might be correlated with the amplitude and duration of inhibitory input to IC neurons elicited by the masker sound. __________ Translated from Journal of Central China Normal University (Nat. Sci.), 2005, 39(2): 236–240 [译自: 华中师范大学学报 (自然科学版), 2005, 39(2): 236–240]     

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     

GABA-mediated modulation of the discharge pattern and rate-level function of two simultaneously recorded neurons in the inferior colliculus of the big brown bat, Eptesicus fuscus

Neurons in the central nucleus of the inferior colliculus (IC) receive excitatory and inhibitory inputs from both lower and higher auditory nuclei. Interaction of these two opposing inputs shapes response properties of IC neurons. In this study, we examine the interaction of excitation and inhibition on the responses of two simultaneously recorded IC neurons using a probe and a masker under forward masking paradigm. We specifically study whether a sound that serves as a probe to elicit responses of one neuron might serve as a masker to suppress or facilitate the responses of the other neuron. For each pair of IC neurons, we deliver the probe at the best frequency (BF) of one neuron and the masker at the BF of the other neuron and vice versa. Among 33 pairs of IC neurons recorded, this forward masking produces response suppression in 29 pairs of IC neurons and response facilitation in 4 pairs of IC neurons. The degree of suppression decreases with recording depth, sound level and BF difference between each pair of IC neurons. During bicuculline application, the degree of response suppression decreases in the bicuculline-applied neuron but increases in the paired neuron. Our data indicate that the forward masking of responses of IC neurons observed in this study is mostly mediated through GABAergic inhibition which also shapes the discharge pattern of these neurons. These data suggest that interaction among individual IC neurons improves auditory sensitivity during auditory signal processing.     

The amplitude sensitivity of mouse inferior collicular neurons in the presence of weak noise

Natural auditory environment consists of multiple sound sources that are embedded in ambient strong and weak noise. For effective sound communication and signal analysis, animals must somehow extract biologically relevant signals from the inevitable interference of ambient noise. The present study examined how a weak noise may affect the amplitude sensitivity of neurons in the mouse central nucleus of the inferior colliculus (IC) which receives convergent excitatory and inhibitory inputs from both lower and higher auditory centers. Specifically, we studied the amplitude sensitivity of IC neurons using a probe (best frequency pulse) and a masker (weak noise) under simultaneous masking paradigm. For most IC neurons, weak noise masking increases the minimum threshold and decreases the number of impulses. Noise masking also increased the slope and decreased the dynamic range of the rate amplitude function of these IC neurons. The strength of this noise masking was greater at low than at high sound amplitudes. This variation in the amplitude sensitivity of IC neurons in the presence of the weak noise was mostly mediated through GABAergic inhibition. These data indicate that in the real world the ambient weak noise improves amplitude sensitivity of IC neurons through GABAergic inhibition while inevitably decreases the range of overall auditory sensitivity of IC neurons.