下丘神经元声信号处理过程中的频谱整合

自由声场条件下,采用特定双声刺激、双电极同步记录方法研究了下丘神经元的频谱整合作用。实验在6只大棕蝠(Eptesicus fuscus)上进行,共获得22对频谱整合相关的配对神经元。结果显示：(1)81．8％(36／44)的配对神经元产生相互抑制性频谱整合,18．2％(8/44)为相互易化性频谱整合;(2)频谱整合的范围主要在20～30kHz之间,其中约一半(45．5％,20/44)的配对神经元其最佳频率差小于2kHz,但也可见最佳频率差大于10kHz的配对神经元(13．6％,6/44)产生频谱整合;(3)下丘神经元的频率及强度选择性受频谱整合作用的调制。推测等频层内及等频层之间的下丘神经元在声信号处理过程中存在相互作用机制,以利于对复杂声信号的加工。     

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。     

中缝背核参与下丘脑弓状核对蓝斑伤害性反应的抑制

实验在56只水合氯醛麻醉的成年雄性大鼠上进行。实验结果表明:电刺激中缝背核(DR)能减慢蓝斑(LC)大多数神经元自发放电频率;而损毁DR则增加大多数LC神经元的自发放电频率。电刺激下丘脑弓状核(ARC)能抑制LC神经元对外周坐骨神经伤害性刺激的反应。刺激DR可增强此种抑制作用;相反,损毁DR能部分减弱此种抑制效应。结果提示,DR对LC神经元有紧张性抑制作用,并对刺激ARC抑制LC神经元伤害性反应起着调制作用。     

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。     

调频声的调制范围和刺激呈现率对小鼠下丘神经元听反应的影响(英文)

在自然声环境中,多数与生命活动相关的声音都包含有调频声成分,这些调频声往往都具有不同的调制范围和重复率。本研究采用常规电生理技术检测小鼠下丘神经元对具有不同调制范围和刺激呈现率声信号的反应情况。在所记录的90 个下丘神经元中,超过60% 的神经元对较窄的调制范围有最好的反应(窄通型,上扫:60.00%, 54/90;下扫:63.33%,57/90),其它少部分的反应类型有带通型(上扫:16.67%,15/90;下扫:18.89%,17/90)、宽通型(上扫:4.44%, 4/90;下扫:4.44%, 4/90)和全通型(上扫:18.89%, 17/90;下扫:13.33%, 12/90)。当使用不同的刺激呈现率后(从0.5 次 /s 到10 次 /s),神经元的发放率和发放时程随着刺激呈现率的升高而缩短,而潜伏期则逐渐增加。另外,调制范围和刺激呈现率都会影响下丘神经元对调频声上下扫的方向选择性。以上结果表明小鼠中脑下丘神经元对调频声刺激反应的时相特征可受到调制范围和刺激呈现率的调制,其神经机制可能与下丘神经元的频谱以及时相整合有关。     

味觉刺激引起大鼠臂旁核神经元抑制性反应

本研究以轻度麻醉的大鼠为对象,应用细胞外微电极记录技术,观察并分析了脑桥臂旁核抑制性味觉神经元的自发活动及其对NaCl、HCl、盐酸奎宁（quinine HCl,QHCl））和蔗糖等四种基本味觉刺激的反应。共分析了18个具有自发活动的抑制性味觉神经元,自发放电频率分布在0．2～5．5Hz之间,平均放电频率（2．15±0．31）Hz。18个神经元中,1个神经元对单一味觉刺激呈抑制性反应,其余17个神经元对两种或两种以上的基本味觉刺激发生抑制性反应,且抑制具有潜伏期短、持续时间较长等特征。抑制持续时间5～80S,部分神经元表现为后抑制效应。根据神经元对四种基本味觉刺激呈抑制性反应的程度,将其分为NaCl优势神经元（n=8）,HCl优势神经元（n=3）,QHCl优势神经元n=3）和蔗糖优势神经元n=4）。其中NaCl优势神经元的反应谐宽最高（0．945）。这些神经元对欣快或厌恶刺激的区别能力较低。结果提示,在脑桥臂旁核存在对味觉刺激起抑制性反应的神经元,这些味觉神经元可能在味觉的调制及对欣快和厌恶刺激的编码中发挥重要的作用。     

大鼠尾核头部对中缝大核神经元单位活动的影响及其可能途径

用玻璃微电极细胞外记录大鼠中缝大核(NRM)神经元的单位放电。共记录277个细胞,NRM 神经元自发放电频率大都在每秒0.5—20次之间,平均为6.41 Hz。其中221个神经元被电刺激尾所激活,35个被抑制,21个无明显变化。NRM 神经元对躯体刺激的反应类型与自发放电的特征有关,兴奋型神经元的自发放电频率较低((?)=4.96Hz),而抑制性神经元的自发放电频率较高((?)=15.03 Hz)。在24例兴奋型神经元中,刺激尾核头部能够激活大多数 NRM 神经元的自发放电和抑制其伤害感受性反应。导水管周围灰质微量注射纳洛酮(2.5ug/0.5μl,n=15)。能够明显阻断刺激尾核头部激活 NRM 神经元自发放电和抑制伤害感受性反应的效应。     

刺激中缝背核对大鼠脊髓背角神经元伤害性反应的影响及其传出途径的分析

大量资料表明,中缝背核(DR)在痛觉调节中具有重要作用。本实验用电生理学方法研究DR在痛觉调制中的下行性抑制作用,主要观察刺激DR对清醒制动大鼠脊髓背角神经元伤害性放电的影响。其主要结果是:①刺激DR或电针可以抑制脊髓背角神经元的伤害性反应,吗啡可加强这种抑制效应;②损毁中缝大核(NRM)、纳洛酮、麦角酰二乙胺(LSD)、赛庚啶及对氯苯丙氨酸(PCPA)均能部分阻断DR对脊髓背角神经元伤害性反应的抑制,实验结果表明:刺激DR抑制脊髓背角神经元的伤害性反应,部分是通过NRM间接控制背角神经元的伤害性传入;还有一部分是不通过NRM,可能是DR直接对脊髓背角伤害性信息的调制。在这种下行性抑制通路中有5-HT和阿片样物质的参与。     

弱噪声对小鼠下丘神经元频率调谐的影响

为探讨弱噪声对小鼠 (MusmusculusKm)中脑下丘 (inferiorcolliculus ,IC)神经元声信号提取的影响 ,采用单位胞外记录方法 ,研究了加入弱白噪声 (强度相当于纯音阈强度下 5dB)前后神经元频率调谐曲线的变化。实验共记录到 10 4个下丘神经元 ,测量了 32个神经元的频率调谐曲线。结果显示 :①弱噪声条件下神经元的频率调谐曲线表现出 3种类型 ,即锐化 (34 4 % ,11/ 32 )、拓宽 (18 8% ,6 / 32 )和不受影响 (4 6 9% ,15 / 32 ) ,其中锐化呈现有意义的变化 ;②频率调谐受弱噪声锐化的神经元 ,其Q10 、Q3 0 平均分别增大 (34 4 2±17 0 4 ) % (P =0 0 2 6 ,n =11)和 (4 6 34± 2 2 88) % (P =0 0 0 9,n =7) ,且Q3 0 变化率大于Q10 ;③弱噪声对调谐曲线的高、低频边锐化度不一 ,神经元低频边的反转斜率基本不变 [由 0 16± 0 0 8变为 0 16± 0 0 7kHz/dB (P =0 94 7,n =7) ],而高频边明显下降 [由 0 5 2± 0 2 5下降为 0 2 6± 0 13kHz/dB ,平均减小 (4 3 81±2 4 0 6 ) % ,(P =0 0 4 6 ,n =7) ]。上述结果表明 ,弱噪声可锐化小鼠IC神经元频率调谐 ,并强化神经元的声信号高频分析能力     

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。     

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.     

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。     

不同时程弱前掩蔽声对小鼠下丘神经元声反应的选择性抑制

自由声场条件下,以强度为神经元最小阈值阈上5dB,时程分别为40、60、80和100ms的纯音作为前掩蔽声,观察和记录了不同时程弱前掩蔽声对小鼠（Musmusculus Km）下丘神经元发放和声强处理的影响。实验记录到154个神经元,对其中的104个神经元做了不同时程掩蔽声影响的测试。结果发现：掩蔽声对神经元放电率的抑制作用在时间上表现为前抑制（41％）、后抑制（9％）和全抑制（50％）三种类型。改变掩蔽声时程时,大部分神经元（72％）的抑制类型不发生改变,但少部分神经元（28％）随掩蔽声时程的增加,大量的后抑制类型转变为前抑制或全抑制类型。此外,超过一半的神经元（58．06％）其强度．放电率函数曲线随掩蔽声时程的改变而发生转变,主要表现为单调型向饱和型转变及饱和型向非单调型转变,这种转变并不随掩蔽声时程增加表现出规律性的变化。结果表明,前掩蔽作用于下丘神经元声反应的时间域和强度域时具有不均衡性,推测不同时程弱前掩蔽声激活的抑制性输入能分化性调制下丘神经元声反应特性。     

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]     

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...     

Latency represents sound frequency in mouse IC

Frequency is one of the fundamental parameters of sound.The frequency of an acoustic stimulus can be represented by a neural response such as spike rate,and/or first spike latency(FSL)of a given neuron.The spike rates/frequency function of most neurons changes with different acoustic ampli-tudes,whereas FSL/frequency function is highly stable.This implies that FSL might represent the fre-quency of a sound stimulus more efficiently than spike rate.This study involved representations of acoustic frequency by spike rate and FSL of central inferior colliculus(IC)neurons responding to free-field pure-tone stimuli.We found that the FSLs of neurons responding to characteristic frequency(CF)of sound stimulus were usually the shortest,regardless of sound intensity,and that spike rates of most neurons showed a variety of function according to sound frequency,especially at high intensities.These results strongly suggest that FSL of auditory IC neurons can represent sound frequency more precisely than spike rate.     

Latency represents sound frequency in mouse IC

Frequency is one of the fundamental parameters of sound. The frequency of an acoustic stimulus can be represented by a neural response such as spike rate, and/or first spike latency (FSL) of a given neuron. The spike rates/frequency function of most neurons changes with different acoustic amplitudes, whereas FSL/frequency function is highly stable. This implies that FSL might represent the frequency of a sound stimulus more efficiently than spike rate. This study involved representations of acoustic frequency by spike rate and FSL of central inferior colliculus (IC) neurons responding to free-field pure-tone stimuli. We found that the FSLs of neurons responding to characteristic frequency (CF) of sound stimulus were usually the shortest, regardless of sound intensity, and that spike rates of most neurons showed a variety of function according to sound frequency, especially at high intensities.These results strongly suggest that FSL of auditory IC neurons can represent sound frequency more precisely than spike rate.