不同色光刺激對大鼠初級視皮層神經元場電位的影響

林 玲,劉國良,趙偉達,章 茜

1)鄭州大學基礎醫學院生理學教研室鄭州 450001 2)漯河醫學高等專科學校生理學教研室漯河 462002 3)漯河醫學高等專科學校預防醫學教研室漯河 462002 4)河南大學生命科學院生物工程系開封 475001

#通訊作者,女,1957年10月生,教授,研究方向:神經生物學,E-mail:qianzhang@zzu.edu.cn

皮層表面神經元的電活動是大腦皮層神經細胞產生的突觸后電位或場電位的總和[1]。閃光刺激對視皮層電活動影響的研究[2-4]主要集中在不同視覺刺激模式對視覺誘發電位的影響,而對視覺中樞皮層神經元的場電位等自發腦電活動影響的研究相對較少。作者分別采用白、綠及紅色閃光刺激大鼠大腦 V 1區,探討不同色光刺激對大鼠初級視皮層(V1區)神經元場電位的影響。

1 材料與方法

1.1 實驗動物 健康成年SD大鼠10只,由河南省實驗動物中心提供,體質量 180～220 g,雌雄不拘。實驗采用自身對照,每只動物分別給予白、綠及紅色閃光刺激。

1.2 動物處理 體積分數10%水合氯醛腹腔注射麻醉大鼠(3～4mL/kg),固定于立體定位儀上,暴露顱骨,參照大鼠腦解剖圖譜定位初級視皮層 V1區(前囟向后7.0 mm,左旁2.0mm),分別將記錄電極置于V1區,參考電極E1(前囟向前2.0mm,右旁2.0mm)固定于額葉,兩者都以E2(前囟向前2.0 mm,左旁2.0 mm)為參考,牙托粉固定。術后肌內注射慶大霉素,12 h亮/12 h暗環境飼養,充足食物和水分供應。于術后第 5、7和 9天行閃光刺激和V1區場電位幅值和面積的采集。

1.3 閃光刺激 將已植入電極大鼠置于有機玻璃鼠箱中(30 cm×30 cm×30 cm),在鼠箱側壁安裝發光二極管(LED,由鄭州大學電氣工程學院設計提供),分別給予大鼠白、紅和綠LED閃光刺激。刺激參數:電壓8.5 V,波間隔9ms,脈沖組數5,重復20次,串間隔0.3 s。

1.4 V 1區皮層場電位幅值和面積的采集 保證大鼠處于清醒和探究行為狀態(即可接受刺激的狀態),記錄時間均在晚10:00開始,每次記錄約 2 h,描記前經30min暗適應,依次給予白、紅、綠閃光刺激,不同色光刺激之間轉換間歇 30 min。采用多道生理記錄儀(RM 6240生物信號分析系統,成都儀器廠)記錄大鼠術后第5、7和9天 V1區內腦電波的幅值和面積。

1.5 統計學處理 采用SPSS 16.0進行分析。采用單因素重復測量數據的方差分析比較不同色光和不同實驗日大鼠皮層場電位的變化,檢驗水準α=0.05。

2 結果

大鼠V1區神經元場電位隨不同色光和實驗日的變化及比較見表 1和表 2。其中白光所致場電位在第 7、9天較刺激前和第 5天均顯著性增強(P＜0.05),且與紅光相比差異有統計學意義(P＜0.05);綠光刺激后皮層場電位在第7、9天較刺激前顯著性增強(P＜0.05),且在第9天強于紅光(P＜0.01)。各實驗時間紅光刺激后場電位無明顯變化。

表1 不同色光和實驗時間大鼠V 1區神經元場電位幅值的比較(n=10) μV

表2 不同色光和實驗時間大鼠V 1區神經元場電位面積的比較(n=10) μV·s

3 討論

該研究表明大鼠在清醒狀態時,白、綠色光刺激可引起視皮層 V 1區場電位幅值和面積的顯著增大,且隨重復刺激而增強,呈明顯的強直后增強現象,紅光刺激對大鼠 V1區腦電活動無明顯影響。

視網膜的感光細胞主要有視桿細胞和視錐細胞2大類,視桿細胞數量較多,主要感受弱光刺激;視錐細胞數量較少,僅占光感受器的 1%左右[5],能夠完成亮度及顏色的區分[6]。綠光可興奮視錐細胞進而引起皮層感受野的興奮,故當大鼠在清醒和探究狀態時,給予綠光閃光刺激能引起視皮層場電位發生增強。白光屬于混合光,既能興奮視網膜上的視錐細胞,也能興奮視桿細胞,所以清醒狀態下的大鼠在接受白光刺激后V1區的場電位的幅值和面積顯著增加。

Uhlrich等[7]的研究表明,當大鼠在清醒狀態下持續接受白光閃光刺激對視皮層有致敏作用,會導致皮層電位幅值的增加,出現鋒電位樣反應,作者的實驗結果與此相符。作者觀察到大鼠在接受白光和綠光重復刺激后,皮層場電位的幅值和面積隨重復刺激天數增加而增大,即呈現敏感化和強直后增強。提示初級視皮層神經元在接受重復閃光刺激后引起神經元突觸可塑性變化。這也與Uhlrich等[7]的研究結果一致。這種光誘導的致敏作用與成熟視覺系統的長時間經驗依賴性的可塑性神經元有關,也與認知覺和大腦適應環境的功能是相互聯系的[8-10]。

黃漫玲等[11]在研究白、紅、綠 3種顏色的閃光刺激對視覺誘發電位的作用中發現,白光的作用最強,其次是綠光,紅光的影響最弱。該實驗的結果基本支持這一觀點。紅光的波長最長 (620～770 nm),超出了 3類視錐細胞的敏感峰值,只能興奮少量的視錐細胞[12-13],故視皮層對紅光刺激沒有明顯的反應。

白光與綠光刺激對大鼠初級視皮層場電位的幅值和面積隨著刺激天數的增加而增加,其原因可能與這種連續的閃光刺激在皮層與丘腦之間或丘腦與皮層之間形成的正反饋環路有關[14]。這種連續的閃光刺激也可能使大鼠產生視覺記憶,在接收到同樣的刺激時,大鼠會很容易提取到這種信號,最終引起皮層場電位幅值的增加。敏感化和強直后增強現象揭示了突觸可塑性,這將為進一步開展腦認知研究提供重要的理論參考。

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