大鼠下丘中央核和核心神經(jīng)特征頻率的變化

大鼠下丘中央核和核心神經(jīng)特征頻率的變化

耳蝸核、上橄欖核綜合體、外丘和下丘構(gòu)成聽(tīng)力樹(shù)干中心。下丘是耳蝸與大腦之間聽(tīng)覺(jué)信號(hào)傳輸?shù)闹匾修D(zhuǎn)站,解剖位置恒定,易于定位和進(jìn)行電生理記錄,是研究皮層下聽(tīng)覺(jué)中樞功能的重點(diǎn)。本文擬就正常下丘神經(jīng)元對(duì)純音刺激的反應(yīng)特點(diǎn),以及外周聽(tīng)器損傷后下丘神經(jīng)元的生理學(xué)改變和神經(jīng)遞質(zhì)改變等研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。1山地脈的頻域特征1.1單次給藥頻率布特點(diǎn)及頻率響應(yīng)面積圖(frequencyresponsearea,FRA)的分類(lèi)所謂特征頻率,就是耳蝸基底膜或高級(jí)聽(tīng)覺(jué)中樞的某個(gè)點(diǎn)或某個(gè)層面的最靈敏的反應(yīng)頻率。最新的研究表明,在下丘中央核,從背側(cè)到腹側(cè)隨著深度的增加,特征頻率呈階梯式增高趨勢(shì)。根據(jù)Malmierca等的研究,從大鼠下丘背側(cè)到腹側(cè),大部分的特征頻率按1/3倍頻程的遞增進(jìn)度呈薄片、疊瓦狀分布,他們用多個(gè)神經(jīng)元和單個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞外記錄分別證明了這一點(diǎn),而且,他們從解剖學(xué)的角度也證實(shí)了這種頻率地形圖模式。Izquierdo等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與他們一致;他們還發(fā)現(xiàn),從大鼠下丘中央核背側(cè)到腹側(cè),隨著深度的增加,頻率響應(yīng)面積圖(FRA)由典型的V-shape變成non-Vshape,頻譜范圍越來(lái)越寬。另一位學(xué)者Hernández的結(jié)果有所不同,大鼠的下丘中,VshapeFRA占69%,non-VshapeFRA占29%,另外2%FRA無(wú)法分類(lèi)。其中,V-shapeFRA在各個(gè)頻率幾乎均衡分布,而non-VshapeFRA在6.1至12kHz分布最多,以此頻率為中心,向兩側(cè)分布越來(lái)越少。nonVshapeFRA又分為:(A)狹窄型(Narrow);(B)閉合型(Closed);(C)低斜率型(Low-tilt);(D)高斜率型(High-tilt);(E)多峰型(Multipeaked);(F)U型(U-shaped)。(G)馬賽克型(Mosaic);(H)抑制型(Inhibitory)。隨著頻率的增加,特征頻率(CF)的最小閾值(MT)降低,當(dāng)頻率升高到一定程度,閾值又升高。在同一個(gè)電極道,特征頻率的閾值由淺到深總體表現(xiàn)為“U”型,即最淺處和最深處閾值高,中間低。1.2征頻率閾上1030db的帶寬A.FRA高頻和低頻邊的逆斜率(inverseslope);B.特征頻率閾上10~30dB的帶寬(BW10-30),用調(diào)諧曲線(xiàn)閾上10~30dB高頻(HF)和低頻(LF)的對(duì)數(shù)差(倍頻程)表示。C.Q值:Q=CF/(HF-LF),一般用Q10-30表示。2psth的類(lèi)型Finlayson研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)給大鼠一對(duì)純音刺激時(shí),前面的純音刺激會(huì)對(duì)后面的探測(cè)純音刺激有抑制、易化或延遲調(diào)諧的作用。60%的大鼠下丘神經(jīng)元會(huì)被同等強(qiáng)度的對(duì)側(cè)或雙側(cè)純音刺激所抑制,這種抑制隨著第一刺激音音長(zhǎng)(duration)增加而加強(qiáng),直到200ms達(dá)到最大程度,隨著探測(cè)音間隔(interval)增加而減弱,以至于對(duì)探測(cè)音的反應(yīng)越來(lái)越快,與第一刺激音的音長(zhǎng)和強(qiáng)度沒(méi)有關(guān)系。易化反應(yīng)主要在那些“pauser/buildup”反應(yīng)模式的神經(jīng)元中出現(xiàn),隨著探測(cè)音間隔的增加而減弱。大鼠對(duì)音長(zhǎng)200ms最佳頻率(BF)純音的刺激后時(shí)間直方圖(PSTH)大概表現(xiàn)為下列幾種類(lèi)型:(1)抑制型(inhibitory),在純音刺激過(guò)程中抑制自發(fā)放電。(2)瞬態(tài)型(transient),在純音刺激最初25秒之內(nèi)呈現(xiàn)興奮反應(yīng),隨后在整個(gè)刺激過(guò)程中跟著低放電———進(jìn)一步分為a.on-set型—只在反應(yīng)開(kāi)始瞬間放電;b.on-chop型—在PSTH中呈現(xiàn)多個(gè)有規(guī)律的峰;c.初級(jí)樣反應(yīng)的神經(jīng)元。(3)長(zhǎng)潛伏期型(long-latency),類(lèi)似瞬態(tài)型,但有一個(gè)22ms的潛伏期,后面的波峰較寬。(4)暫停/發(fā)放型(pauser/buildup),分二種亞型:a.起初高的放電,緊接著短暫的下降,隨后跟著中等程度的持續(xù)放電;b.長(zhǎng)潛伏期接著一個(gè)平穩(wěn)的放電。3外側(cè)核的鎖相反應(yīng)和神經(jīng)元的分類(lèi)聲音從聽(tīng)神經(jīng)傳到聽(tīng)覺(jué)皮層保留著精確的定時(shí)信息(timinginformation),這一功能是通過(guò)對(duì)上傳過(guò)程中復(fù)雜聲音中低頻成分的時(shí)間編碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的,通過(guò)對(duì)刺激波形的鎖相反應(yīng)可以分析中樞的時(shí)間編碼功能。從耳蝸神經(jīng)、耳蝸核、橄欖核、外側(cè)丘系、下丘、內(nèi)側(cè)膝狀體、聽(tīng)覺(jué)皮層都存在頻率的時(shí)間編碼。下面介紹下丘的鎖相反應(yīng)。Liu等在豚鼠下丘161個(gè)單個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞外記錄發(fā)現(xiàn),68%的神經(jīng)元表現(xiàn)出鎖相反應(yīng),鎖相反應(yīng)主要集中在中央核,背側(cè)核、外側(cè)核也有。隨著解剖區(qū)域的不同,鎖相頻率的上界變化很大(80Hz~1034Hz),中央核、背側(cè)核、外側(cè)核的鎖相頻率上界分別為>1000Hz、700Hz、320Hz,三個(gè)區(qū)的潛伏期分別為(8.2±2.8)(x±s)ms、17.2ms、13.3ms。他們得出結(jié)論:下丘中央核直接接收腦干的信號(hào)輸入,而背側(cè)核和外側(cè)核接收包括前腦在內(nèi)的其它區(qū)域的信號(hào)輸入。81%具有鎖相反應(yīng)的神經(jīng)元的特征頻率在100Hz~1000Hz,特征頻率在500Hz以下時(shí)91%的神經(jīng)元出現(xiàn)鎖相反應(yīng),隨著特征頻率的升高,鎖相反應(yīng)的出現(xiàn)率成比例地下降。與耳蝸神經(jīng)相比,下丘神經(jīng)元的鎖相反應(yīng)的矢量波動(dòng)范圍大(<0.3至>0.9),耳蝸神經(jīng)呈現(xiàn)低通鎖相反應(yīng),而一些下丘呈現(xiàn)帶通鎖相反應(yīng)。根據(jù)鎖相反應(yīng)的PSTH,神經(jīng)元可分為以下6種類(lèi)型:(1)on-sustainedunits(55%);(2)onsetunits(9%);(3)pauserunits(23%);(4)chopperunits(3%);(5)onsetchopperunits(1%);(6)sustainedunits(10%)。通過(guò)繪制至少4個(gè)刺激頻率的最佳平均位相(Rayleigh值大于100)來(lái)測(cè)量聲源到下丘的潛伏期。同一個(gè)神經(jīng)元的不同刺激頻率的時(shí)間直方圖顯示,隨著刺激頻率的增加,鎖相反應(yīng)的平均位相逐漸向右位移。位相圖的斜率就是聲音從聲源傳到下丘的時(shí)間,根據(jù)這種方法算出,隨著特征頻率的增高,聲音從聲源傳到下丘的時(shí)間(潛伏期)縮短。該研究中,74%的神經(jīng)元的平均位相圖與刺激頻率呈線(xiàn)性相關(guān),一些呈輕微的非線(xiàn)性,一些呈明顯的非線(xiàn)性。對(duì)于非線(xiàn)性關(guān)系的解釋大概有以下三種:其一,從耳蝸輸入的信號(hào)就是非線(xiàn)性的;其二,就是不同頻率范圍、不同位相斜率的線(xiàn)性相關(guān)信號(hào)疊加而形成非線(xiàn)性;第三,信號(hào)來(lái)自數(shù)量不同的突觸,突觸信號(hào)傳導(dǎo)延滯有差異,輸入疊加而成非線(xiàn)性相關(guān)信號(hào)。信號(hào)疊加的現(xiàn)象已被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。4音頻定位圖改變的大鼠體內(nèi)音的發(fā)放和放電的改變Seki等研究發(fā)現(xiàn),噪聲暴露造成10dB以上的聽(tīng)力損傷就可引起貓初級(jí)聽(tīng)覺(jué)中樞的改變。具體表現(xiàn)為(1)特征頻率向鄰近電極漂移使調(diào)諧曲線(xiàn)變寬(大于1個(gè)倍頻程,有的大于3個(gè)倍頻程)或者成為雙峰,說(shuō)明聽(tīng)力損傷頻率旁頻帶抑制消失或減弱。這一點(diǎn)與早在2年前Snyder等的研究結(jié)果相似:Snyder等將貓的一部分螺旋神經(jīng)節(jié)破壞,消除了耳蝸一定頻率聲波的輸入,結(jié)果發(fā)現(xiàn)下丘的音頻定位圖立刻發(fā)生了變化,原本對(duì)損傷頻率敏感的下丘神經(jīng)元對(duì)這一頻率的刺激不敏感了,反而對(duì)其旁邊的頻率(損傷頻率以上和以下)敏感,特征頻率發(fā)生了向下位移,音頻定位圖出現(xiàn)了與損傷頻率相對(duì)應(yīng)部位切跡,三維調(diào)諧曲線(xiàn)(spatialtuningcurves)變寬,實(shí)際就是所謂的雙峰。這一結(jié)果與慢性耳蝸損傷造成的下丘音頻定位圖改變一致。(2)特征頻率閾值升高,特征頻率閾值與ABR閾值之間關(guān)系為:CFTHR=-6+0.67ABRTHR(R2=0.368,P<0.0001)。(3)當(dāng)聽(tīng)力損傷引起音頻定位圖改變后,CF閾值和特征頻率閾上20dB調(diào)諧曲線(xiàn)的寬度(BW20dB)隨著聲損傷后時(shí)間的延長(zhǎng)而增加,CF閾值以斜率為0.14dB/天的速度隨著損傷后時(shí)間的延長(zhǎng)而升高。(4)在正常和聽(tīng)力損傷但沒(méi)有引起音頻定位圖改變的貓中,閾上20dB刺激獲得的最佳頻率(BF20dB值)與CF值成比例增長(zhǎng),而聽(tīng)力損傷導(dǎo)致音頻定位圖改變的貓中,BF20dB值與CF值沒(méi)有關(guān)系?；貧w分析顯示:前者BF20dB值與CF值的回歸線(xiàn)斜率近于1[(0.99±0.07),R2=0.61],而后者BF20dB值與CF值的回歸線(xiàn)斜率為(0.02±0.03)(R2=0.001),與0無(wú)異。(5)BW20dB隨著特征頻率閾值的增加而增加。(6)聽(tīng)力損傷引起聽(tīng)皮質(zhì)音頻定位圖改變的貓的最小放電潛伏期起初增加,但隨著噪聲爆露后時(shí)間的延長(zhǎng)而以比正常貓快2倍的速度降低,直至兩者潛伏期值逐漸接近。(7)當(dāng)CF在6kHz以上時(shí),音頻定位圖有改變的貓的BW20dB比音頻定位圖正常者的BW20dB小(平均小0.3個(gè)倍頻程)。Salvi等研究發(fā)現(xiàn),雖然局限性損傷南美洲栗鼠耳蝸導(dǎo)致其聽(tīng)神經(jīng)復(fù)合動(dòng)作電位(CAP)下降,但下丘的局部場(chǎng)電位比正常增加了,損傷區(qū)域以下的頻率的最大振幅增加了。為了確定是否為旁頻帶抑制效應(yīng)減弱,他們記錄了特征頻率損傷前后下丘和耳蝸背側(cè)核單個(gè)神經(jīng)元的放電情況,結(jié)果發(fā)現(xiàn)顯著的特征頻率以下調(diào)諧變寬、抑制減弱、放電明顯增加,與旁頻帶抑制減弱模型一致。他們發(fā)現(xiàn),耳蝸的輸出隨著內(nèi)毛細(xì)胞損傷數(shù)目增加成比例地下降,但下丘的反應(yīng)卻僅僅呈現(xiàn)適度的振幅下降,而聽(tīng)覺(jué)中樞卻反應(yīng)增強(qiáng)。這說(shuō)明中央聽(tīng)覺(jué)通路的增益可以被上調(diào)或下調(diào)以補(bǔ)償耳蝸神經(jīng)活動(dòng)的減弱或增強(qiáng)。更有意義的是,在Salvi等的研究中,當(dāng)給南美洲栗鼠105dB2kHz純音暴露5天后,4kHz(1個(gè)倍頻程)出現(xiàn)30dB的永久閾移,而強(qiáng)度發(fā)放函數(shù)曲線(xiàn)(RIF)顯示,在500Hz時(shí),低強(qiáng)度刺激音的發(fā)放率與暴露前相當(dāng),隨著強(qiáng)度的增加,純音暴露后的發(fā)放率相當(dāng)于暴露前的2~3倍。在4kHz,在低強(qiáng)度刺激時(shí),沒(méi)有發(fā)放,一但刺激強(qiáng)度超過(guò)閾上,發(fā)放很快上升,在中等強(qiáng)度刺激時(shí)就超過(guò)暴露前,在最大強(qiáng)度與暴露前發(fā)放相當(dāng)。在Salvi等的研究中,中央聽(tīng)覺(jué)通路的增益是從下丘開(kāi)始的。他們給南美洲栗鼠105dB2.8kHz純音暴露2小時(shí)后,發(fā)現(xiàn)耳蝸復(fù)合動(dòng)作電位在1kHz頻率范圍明顯降低,中強(qiáng)度刺激發(fā)放明顯下降。對(duì)應(yīng)頻率蝸核的輸出/輸入函數(shù)與耳蝸改變模式一致,下丘在低強(qiáng)度刺激時(shí)發(fā)放降低,在中強(qiáng)度刺激時(shí)發(fā)放異常增高逐漸超過(guò)正常很多。這種改變從聽(tīng)覺(jué)損傷后8小時(shí)到5天均可見(jiàn)到,這種早期的改變不是由軸突發(fā)芽或新的突觸形成造成的。Izquierdo等報(bào)道,分別給大鼠5kHz和8kHz噪聲暴露,引起的聽(tīng)力損傷結(jié)果不一致,以復(fù)合動(dòng)作電位圖(CAPaudiogram)表示,一部分各個(gè)頻率閾值升高,一部分3kHz以上閾值升高,還有一部分整體頻率閾值較正常降低。下丘的頻率-深度-閾值函數(shù)也發(fā)生了明顯改變,原來(lái)有規(guī)律的背腹軸階梯式頻率-深度函數(shù)圖被破壞了,變得模糊、混亂。正常組最佳頻率(bestfrequency,BF)持續(xù)深度為(151±41)μm(x±s),兩個(gè)BF之間的跨度為(0.34±0.11)倍頻程(x±s),平均一個(gè)電極道記錄(14±3.7)個(gè)頻率。而噪聲暴露組BF持續(xù)深度為(218.5±113)μm(x±s),與正常組相比,差異顯著(t-test,P<0.01)。兩個(gè)BF之間的跨度為(0.49±0.40)(x±s)倍頻程,平均一個(gè)電極道記錄(9.9±4.4)個(gè)頻率,與正常組相比,明顯減少(t-test,P<0.05)。對(duì)應(yīng)于耳蝸的損傷頻率,下丘的相應(yīng)頻率階梯由于鄰近頻率的調(diào)整擴(kuò)展而變平坦了,這一點(diǎn)與旁頻帶抑制減弱一致。目前認(rèn)為,包括下丘、耳蝸核在內(nèi)的聽(tīng)覺(jué)中樞的旁頻帶側(cè)抑制效應(yīng)減弱是耳鳴、響度重振、聽(tīng)覺(jué)過(guò)敏產(chǎn)生的基本機(jī)制。5gabaa抑制劑神經(jīng)遞質(zhì)(neurotransmitter)是神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行信息傳遞過(guò)程中作為媒介的化學(xué)物質(zhì),主要在神經(jīng)元中合成,并通過(guò)神經(jīng)末梢貯存和釋放。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中主要包括興奮性遞質(zhì)(excitatorytransmitter)和抑制性遞質(zhì)(inhibitorytransmitter)兩大類(lèi)。分布于IC的神經(jīng)遞質(zhì)主要是乙酰膽堿(acetylcholine,Ach)、γ-氨基丁酸(γ-aminobutyricacid,GABA)、甘氨酸(Glycine,Gly)、5-羥色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)、谷氨酸(glutamate,Glu)等。神經(jīng)遞質(zhì)只有與其特異性受體結(jié)合才能發(fā)揮作用。GABA受體有三種:(1)GABAA受體,它為蠅蕈醇(muscimol,Mus)、isoguvacine等所激動(dòng),其作用可被荷包牡丹堿(bicuculline,BIC)和印防已毒素(picrotoxin,PTX)等拮抗;(2)GABAB受體,它主要存在于IC神經(jīng)元突觸前膜,可選擇性地為baclofen(BAC)所激活,為phaclofen所拮抗;(3)GABAC受體,對(duì)BIC及BAC均不敏感。GABAA對(duì)下丘神經(jīng)元的反應(yīng)發(fā)放率、潛伏期函數(shù)、時(shí)間編碼、聲源定位、反應(yīng)發(fā)放類(lèi)型、頻率調(diào)諧等均起調(diào)控作用。如果使用BIC阻斷GABAA的作用,明顯使發(fā)放率增加,而且使發(fā)放模式(dischargepattern)發(fā)生變化:IC神經(jīng)元聲反應(yīng)模式多為相位型(phasicresponder),相位短串型(phasicbursterresponder)和緊張放電型(tonicresponder),在GABAA的拮抗劑BIC作用下,