论文部分内容阅读
对小脑生理功能的原有认识往往囿于小脑作为一个皮层下重要的运动调节中枢配合皮层完善躯体的运动。然而，近年来的神经解剖学、神经生理学、行为学和功能性脑成像研究，以及对小脑占位性病变患者的临床研究极大地拓展了我们对小脑功能认识的传统观念。顶核升压反应、小脑占位性病变引起的躯体—内脏并发性功能失调、以及小脑认知情感综合征这些意料之外的实验和临床发现提示：小脑不仅具有经典的躯体性运动调节功能，还可能参与机体非躯体性活动的调节，在机体的躯体—内脏功能整合上起重要作用。迄今为止，小脑参与机体非躯体性活动调节的神经通路仍未得以全部揭示。然而，愈来愈多的证据表明，小脑与许多自主性功能调节中枢，特别是与下丘脑之间存在直接和/或间接的纤维联系。近十年来神经解剖学研究的一个重要进展，是揭示了小脑与下丘脑之间存在着双向、直接的纤维联系，即小脑—下丘脑投射和下丘脑—小脑投射，二者构成小脑—下丘脑神经环路。其中，小脑—下丘脑直接投射起源于小脑的三个深部核团——顶核、间位核和齿状核，上行投射到下丘脑的外侧区(LHA)、背侧区、后侧区、腹内侧核(VMN)、背内侧核(DMN)和室旁核(PVN)等处；另一方面，这些下丘脑核团也相应地发出直接纤维投射到小脑皮层和三个小脑深部核团(下丘脑—小脑直接投射)。由于下丘脑是调节内脏活动的高级中枢，并与某些行为反应和情绪活动密切相关，因此，我们推测由小脑与下丘脑之间双向、直接的纤维投射所构成的神经环路，很可能为小脑参与内脏活动、情绪活动和其他非躯体性活动的调节提供了结构基础。虽然神经解剖学研究已经证实了小脑—下丘脑神经环路的存在，但是，目前对该神经环路确切的功能意义还知之甚少。在三个小脑核团中，IN在脊椎动物系统发生上出现较晚，可对远端肢体的运动做出更为精确地调控，是脊髓小脑的两个主要传出之一。本文即着眼于小脑IN，采用在体电生理学记录和行为学方法，分别对小脑—下丘脑投射和下丘脑—小脑组胺能纤维投射的功能展开研究。
一、小脑一下丘脑投射与摄食调节。摄食调节是由中枢和外周多条神经通路和多种代谢因子共同参与的复杂的整合性生理活动。先前的行为学研究发现，损毁小脑皮层可引起动物的摄食行为变化、营养利用障碍和体重降低，然机制不明。下丘脑LHA、VMN和DMN在摄食发起和终止、食欲和饱觉形成以及能量和体重调节中均发挥重要作用，不仅接受由进食所激活的胃迷走神经传入的胃肠道信息，如胆囊收缩素(cholecystokinin，CCK)信号，亦感知机体血糖水平变化。本研究旨在观察小脑IN、胃迷走神经和血糖传入可否在LHA、VMN或DMN同一神经元上会聚，从而参与摄食活动的短时程调节。研究采用在体细胞外记录方法观察了大鼠LHA、VMN和DMN神经元对电刺激小脑IN和胃迷走神经的反应，并对有反应的神经元进行外周注射葡萄糖和/或胆囊收缩素的敏感性检测。结果表明：(1)在所记录的114个LHA神经元中，51个(44.7％)和60个(52.6％)细胞分别对小脑IN刺激和胃迷走神经刺激有反应。在51个对小脑IN刺激有反应的神经元中，30个(58.8％)对胃迷走神经刺激也有反应；其中，6个LHA神经元还对同时刺激小脑IN和胃迷走神经表现出总和反应。此外，在24个对小脑IN和胃迷走神经刺激都有反应的LHA神经元中，大多数(15/24，62.5％)被鉴定为血糖敏感神经元，表明小脑IN、胃迷走神经和血糖传入信息可在同一LHA神经元上会聚。(2)在所记录的283个VMN神经元中，139个(49.1％)和187个(66.1％)细胞分别对小脑IN刺激和胃迷走神经刺激有反应。在139个对小脑IN刺激有反应的VMN神经元中，91个(65.5％)也对胃迷走神经刺激有反应；其中，22个VMN神经元还对同时刺激小脑IN和胃迷走神经表现出总和反应。此外，在91个对小脑IN和胃迷走神经刺激都有反应的VMN神经元中，大多数(61/91，67.0％)被鉴定为血糖敏感神经元，表明小脑IN、胃迷走神经和血糖传入信息可在同一VMN神经元上会聚。(3)在所记录的259个DMN神经元中，120个(46.3％)和169个(65.3％)细胞分别对小脑IN刺激和胃迷走神经刺激有反应。在120个对小脑IN刺激有反应的DMN神经元中，98个(81.7％)也对胃迷走神经刺激有反应；其中，20个DMN神经元还对同时刺激小脑IN和胃迷走神经表现出总和反应。此外，在98个对小脑IN和胃迷走神经刺激都有反应的DMN神经元中，大多数(69/98，70.4％)被鉴定为血糖敏感神经元；并且，对其中32个神经元的CCK敏感性检测发现，大多数(22/32，68.8％)对外周CCK敏感，表明小脑IN、胃迷走神经、CCK和血糖传入信息可在同一DMN神经元上会聚。上述结果提示，小脑IN、胃迷走神经(包括CCK)和血糖传入信息可在下丘脑LHA、VMN和DMN同一神经元上会聚。鉴于胃迷走神经、CCK和血糖水平均与摄食调控密切相关，因而，下丘脑LHA、VMN和DMN神经元可以整合由小脑IN接转的取食相关肢体信息与由胃迷走神经(包括CCK)和血糖传入的摄食相关内脏信息，进而发起适当的摄食相关性行为反应；而小脑也可以通过直接的小脑—下丘脑IN—LHA、IN—VMN和IN—DMN通路，积极地参与摄食的短时程调节。
二、小脑—下丘脑投射与心血管和渗透压调节。小脑参与调节机体的心血管活动。这一调节通常认为是由小脑与脑干间的多突触通路介导的。下丘脑PVN是调节自主活动的中枢，本研究旨在观察小脑IN传入可否调制PVN神经元(特别是那些心血管和渗透压调节相关神经元)的活动，从而直接通过下丘脑这一高级中枢参与机体的心血管和水盐平衡调节。结果表明：在所记录的115个大鼠PVN神经元中，51个(44.3％)细胞对小脑IN刺激有反应。对其中一些神经元的高血压和/或高渗透压的敏感性检测发现，66.7％(6/9)和75.0％(6/8)的细胞分别对静脉注射间羟胺和高张生理盐水(2％NaCl)有反应。结果提示，小脑IN可以调制下丘脑PVN神经元的活动，特别是那些压力感受性反射敏感神经元和渗透压反应性神经元的活动，从而通过直接的小脑—下丘脑IN—PVN通路广泛地调节运动行为中机体的心血管活动和水盐平衡。
三、下丘脑—小脑组胺能纤维投射与运动调控。起源于下丘脑的中枢组胺能神经系统广泛地支配包括小脑在内的几乎所有脑区，一般认为其全面地调节中枢神经元的活动和多种脑功能。我们先前的离体脑片工作揭示组胺可由H2受体介导兴奋小脑IN神经元，本研究旨在观察小脑IN局部微量注射组胺能药物后，大鼠在开场(open-field)、阶梯加速rota—rod走步机和平衡木上运动表现的变化，以揭示下丘脑—小脑组胺能神经投射能否通过对小脑IN的作用影响动物的运动功能。结果表明，注射组胺并不影响大鼠(n=15)在开场中通过格子的总数和后肢直立的次数，但动物(n=20)在走步机上维持走步的时间显著延长且通过平衡木全长所需的时间显著缩短；注射选择性组胺H2受体阻断剂ranitidine则使大鼠(n=47)在走步机和平衡木上的运动能力显著下降，注射组胺可以翻转ranitidine减弱动物(n=20)运动能力的效应；而注射选择性组胺H1受体阻断剂triprolidine对大鼠(n=12)的运动能力并无影响。上述结果提示：组胺对小脑IN神经元上的H2受体的激活并不影响大鼠的一般性行为和探究活动，而是在更精细的尺度上调节大鼠的运动协调和平衡能力。结合我们先前的离体小脑脑片实验结果，同时考虑到组胺能神经元胞体集中、纤维投射广泛和纤维末梢呈曲张体等特征，可以认为支配小脑的下丘脑—小脑组胺能神经纤维不仅可以在小脑皮层和小脑核团这两个层次上平行地调节小脑神经元的活动，还可能通过对小脑神经元活动的调节作用影响小脑的整合输出，进而参与经小脑环路的躯体运动调节过程。