小鼠下丘神經元最佳頻率與其它聲反應參數間的相關性

廖陽 閆榮玲

（湖南科技學院 生命科學與化學工程系，湖南 永州 425100）

小鼠下丘神經元最佳頻率與其它聲反應參數間的相關性

廖陽 閆榮玲

（湖南科技學院 生命科學與化學工程系，湖南 永州 425100）

本文分析了小鼠下丘神經元最佳頻率與其他聲反應特征參數間的相關性。結果表明：1) 最佳頻率與記錄深度、反應閾值及閾上10dB SPL的興奮性頻率帶寬呈正相關，但是與反應的潛伏期無明顯相關性。2) 表征神經元對調頻聲調制方向選擇性的方向選擇系數與最佳頻率間沒有明顯相關性。這些實驗結果可為后續的研究提供參考。

相關性；下丘；聲反應參數；小鼠

1.引言

動物的中腦下丘 (Inferior colliculus, IC) 是聽覺感知上、下行通路中的重要中繼站，因此成為聽覺研究的熱點中樞部位。已有的研究表明下丘神經元最佳頻率 (Best requency, BF) 由背側向腹側逐漸增加[1,2]。沈鈞賢等[3]對小鼠下丘聲反應特征的區域分布進行了詳盡細致的研究，也發現一些聲反應參數呈現出一定規律的拓撲組構。先前的研究表明，下丘神經元對調頻聲掃頻方向具有選擇性，表現出上、下掃方向選擇[2,4,5]，但是，方向選擇與BF之間是否存在相關性很少見報道。為探究小鼠下丘神經元的BF與其他聲反應參數之間的關系，本文對小鼠下丘神經元BF與記錄深度(Depth)，反應的最小閾值(Minimal threshold, MT)，第一次發放的潛伏期(Latency)之間相關性，BF與閾上 10dB SPL強度下興奮性頻率帶寬 (Band width of excitatory frequency，BW)，以及BF與神經元對調頻聲的方向選擇系數之間的相關性進行了分析。

2.材料和方法

實驗選用健康、聽力正常的19只成年昆明小鼠 (Mus musculus, Km)，體重20-25 g, 雌雄不拘。具體的手術操作細節以及聲刺激和記錄系統參考本實驗室先前的報道[2,6]。整個實驗始終保持刺激呈現率為2/s。在屏蔽室內自由聲場條件下，微電極 (內灌2 mol/L的NaCl，阻抗5-10M?) 垂直推入IC表面后，用起落均為1ms的32ms純音 (pure tone, PT) 尋找聲敏神經元，確定其所處深度 (Depth)、最佳頻率 (BF) 和最小閾值 (MT)。調高聲強至閾上10 dB SPL (MT+10)，確定神經元在此聲強下的興奮性頻率帶寬(BW)，分別記錄32ms純音及調制范圍為±16kHz調頻聲上、下掃兩個方向32次刺激后反應疊加的PSTH（調頻聲的頻率變化值叫調制范圍，±16kHz指以 BF加、減 16kHz得到的頻率值作為掃頻的起點和終點）。記錄的PSTHs用專用軟件處理，再通過Excel2003，Sigmaplot10.0等軟件進行分析和作圖。

3.結果

實驗共記錄到 102個神經元，這些神經元的 Depth，BF，MT范圍分別是 463-2439 (1345.98±440.05) μm，8.0-33.0(16.40±6.94) kHz，24.5-88.0 (60.40±18.60) dB SPL。

大部分神經元 (57/102) 的最佳頻率集中在15-25kHz這個范圍內，還有一部分分布在10-15 kHz（15/102）和25-35 kHz（19/102）區間內，小于10 kHz和大于30 kHz的神經元較少（圖1A）。神經元的潛伏期分布在8.5-40ms之間，但主要集中在10-20ms這個范圍（圖1B），且Latency與BF之間無明顯相關性（圖1C）。BF與記錄深度(圖2A)，反應閾值 (圖2B) 以及MT+10dB SPL強度下的BW (圖2C) 均表現出正相關。

圖1.BF(A)、Latency(B)的分布及兩者的相關性(C)；n表示神經元數目。

神經元的方向選擇性通過DSI (Direction selectivity index, DSI) 來判定[4]，表達式是：DSI= (RU-RD) / (RU+RD)，RU和RD分別表示神經元在上、下掃方向的發放數。若DSI≥0.33，則神經元在上掃方向的發放數大于下掃方向發放數50%以上，這樣的神經元表現為上掃選擇 (up selectivity)；若DSI≤0.33，則神經元在下掃方向的發放數大于上掃方向發放數50%以上，神經元表現為下掃選擇 (down selectivity)；若0.33

圖2.BF與Depth，BF與MT，BF與BW及DSI之間的相關性；n表示神經元數目。

4.討論

小鼠下丘神經元最佳頻率集中在15-25kH這一特定的頻率區域之間,且BF分布在10-30kHz之間的神經元占到了89%(91/102)。這說明小鼠對自然環境中頻率在這一范圍的聲信號敏感，能較好的感知，這與聲行為學的研究結果相符[8]。實驗結果表明昆明小鼠與其它動物一樣，下丘神經元的BF與Depth，BF與MT均表現出正相關，證明其下丘神經元分布呈現出規律性拓撲組構。

沈鈞賢等[3]發現在小鼠下丘背側神經元的潛伏期較短，而中央區的神經元的BF較高，潛伏期較長。這和本實驗發現BF與Latency之間不存在相關性的結果不一致，可能與本實驗分析的神經元數目較少及兩者分析方法的不同有關。實驗結果顯示潛伏期分布范圍較廣(8.5-40ms)，但主要集中在10-20ms之間。推測由于聲刺激引發的神經沖動從耳蝸到下丘有很多神經通路,有的通路長，而有的短，且不同通路神經元間的興奮與抑制整合特性不完全一致,導致聽中樞神經元的潛伏期表現出差異性，但是神經通路可能集中在某些特定路徑上，因此潛伏期集中在某一范圍[8,9]。BF與閾上10dB SPL的興奮性頻率帶寬BW也呈現出正相關，這可能從一定程度上表明BF越大的神經元對頻率的選擇性越弱，但是到底是否如此，需要進一步從神經元的頻率調諧曲線上來分析。

調頻聲的掃頻方向即頻率的變化趨勢是其一個重要的特征參數，下丘神經元對調頻聲的方向選擇已被證實[2,4]。實驗結果顯示小鼠下丘神經元的BF與方向選擇間沒有明顯相關性，推測在小鼠下丘中的方向選擇神經元的分布不存在明顯的規律性拓撲結構，即在各個等頻層均存在方向選擇神經元，且上、下掃神經元分布沒有特定區域性。實驗結果中上、下掃選擇神經元的數目相差不大，這與蝙蝠中樞神經元絕大部分表現為下掃選擇有很大不同[4,5]，提示動物的中樞神經對聲信號的處理是對其所處聲環境，自身發出的聲信號以及聲行為適應。

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[4]Fuzessery ZM, Richardson MD, Coburn MS.Neural Mechanisms Underlying Selectivity for the Rate and Direction of Frequency-Modulated Sweeps in the Inferior Colliculus of the Pallid Bat[J].J Neurophysiol, 2006, 96: 1320-1336.

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[7]沈鈞賢, 徐智敏, 姚煜東.昆明小鼠聽皮層聲反應特征的區域分布[J].科學通報, 1999, 44: 2205-2209.

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Q95

A

1673-2219（2011）04-0056-03

2010－12－26

本工作得到了2010年校級課題09XKYTC030以及市科技指導性項目的支持。

廖陽（1983－），助教，研究方向為動物生理。

(責任編校：何俊華)