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听觉可塑性机制是神经科学的研究热点。可塑性是控制大脑易变性和适应性的总机制。人脑的许多重要功能,如感知、学习、记忆、语言、意识、情绪、运动控制等都与听觉感知密切相关。听觉可塑性是指听觉系统结构和功能随环境条件改变而改变的能力。
在我们研究听觉可塑性中,需要长时间记录观察神经元的声反应特性的变化情况。那么在麻醉条件下,神经元声反应特性有可能随麻醉过程而改变。为了消除这种变化,我们首先要弄清楚麻醉可能对神经元功能的影响是否存在。因此,我们就麻醉对听觉神经元的影响作必要探索。
第一部分,本实验以动作电位发放数(SC)及特征频率条件下第一动作电位延时(FSL)为指标,单次腹腔注射乌拉坦或戊巴比妥钠麻醉剂后,观察豚鼠初级听皮层神经元动作电位发放数及第一动作电位延时随麻醉代谢过程的变化趋势。以神经元频率响应曲线( FRC)为指标,单次腹腔注射乌拉坦后,观察豚鼠初级听皮层神经元频率响应曲线随麻醉代谢过程的有无变化。
方法:
1)豚鼠13只,体重220~350g,雌雄不拘,分为两组,一组为戊巴比妥钠麻醉组5只,一组为乌拉坦麻醉组8只(FSL5只、FRC3只)。
2)麻醉方法:单次腹腔注射1%戊巴比妥钠或20%乌拉坦麻醉剂。记录部位:初级听皮层。记录方法:细胞外记录,选用不同声强,即0~80dB,步阶为10dB,特征频率(CF)、每强度下随即重复40次声刺激,3分钟为一时间段。重复记录。重复不同频率强度扫描纪录FRC。数据处理:分析CF,MT+30dB SPL条件下,计算各时间段的动作电位发放数及第一动作电位延时。比较动作电位发放数及第一动作电位延时在麻醉过程中的变化趋势。对比麻醉过程不同时间段频率响应曲线,观察乌拉坦麻醉对神经元频率响应曲线的影响。
结果:
1)戊巴比妥钠麻醉组:麻醉对神经元动作电位发放数的影响表现在:记录的开始一段时间,动作电位发放数逐步减少;随麻醉作用时间延长发放数逐步增加;后期动作电位发放数逐步减小。对神经元第一动作电位延时影响表现在:记录3小时内,第一动作电位延时逐步延长;3小时后,特征频率条件下的第一动作电位延时逐步减小。
2)乌拉坦麻醉组:麻醉对动作电位发放数的影响表现在:随麻醉作用时间延长发放数逐步增加,麻醉作用后期动作电位发放数随时间延长而逐步减小。麻醉对特征频率的第一动作电位延时的影响表现在:第一动作电位延时(FSL)随麻醉时间延长而逐步增大。一段时间后逐步稳定在某一水平。
3)神经元特征频率和频率响应曲线(FRC)受麻醉的影响较小。
结论:
乌拉坦麻醉作用时间长,作用稳定,对神经元特征频率无影响的特点满足长时间动物实验要求。
第二部分,如微电流刺激豚鼠听皮背后区神经元,听皮层前区神经元出现哪些声反应特性改变?我们可以借此推测听皮层前区与听皮层后区神经元投射关系。
方法:
1)实验动物:豚鼠21只,体重220~350g,雌雄不拘。
2)记录方法:给予噪声刺激找到声反应神经元,再用不同频率及不同声强的短纯音扫频记录听皮层神经元的频率调谐曲线。
3)用电刺激强度为800nA,时程为200us,频率为6Hz的微电流刺激听皮层后区神经元30min后,记录一次听皮层前区的神经元的声反应频率调谐曲线。数据处理:TDT在线读取神经元的声反应阈值,Q值及特征频率。
结果:
实验共记录42个神经元,其中初级听皮层记录到21个神经元。电刺激听觉皮层后区神经元后,初级听皮层神经元声反应特性发生变化,即:电刺激兴奋DC神经元后,对初级听皮层神经元声反应特性影响表现在:
1)BF漂移:17/21AI神经元(80.9%) BF无漂移;4/21AI神经元(19.1%) BF离心性漂移。BF漂移范围在0.5~3kHz。
2)最小阈值:10/21神经元声(47%)反应阈值减小,降低幅度5~10 dB SPL(平均降低7.5dB SPL)。29.2%6/21神经元(29.2%)声反应阈值增加,增大幅度5~10 dB SPL(平均增加6.5dB SPL);5/21神经元(23.8%)声反应阈值未变。
3)神经元Q10值变化同MT及BF的关联性:
(1)在BF漂移的4个神经元中,3个神经元Q10变锐,变化范围0.7~13.5(平均6.9);1个神经元Q10值从7到3。
(2) Q10与MT的关系:10个MT减小的神经元中,1个神经元Q10值从3.6到3.4;5个神经元Q10值增大,增大范围0.6~7(均值3.7);4个神经元Q10值不变。6个MT增大的神经元中,4个神经元Q10值减小,减小范围7.3~12(均值5.1);2个神经元Q10值未变;5个MT不变的神经元,Q10值不变。
结论:
微电流刺激听觉皮层后区后,初级听觉皮层神经元声反应特性出现变化,这种变化主要表现为兴奋性作用。引起这种原因的可能因素有:
1)复杂的皮层内部神经网络的相互作用;
2)边缘系统参与的结果;
3)或通过脑干网络结构或者内侧膝状体网络进行调控。
但是听皮层后区神经元与听皮层前区神经元之间直接联系纤维较少,并且都有独自接收内侧膝状体神经纤维的投射,这也可能是与离皮层系统神经元功能改变有所区别的地方。