超前噪聲對(duì)大鼠聽皮層神經(jīng)元空間反應(yīng)域影響的時(shí)間特征.pdf

1、一直以來,對(duì)聲源定位的研究是腦科學(xué)研究的焦點(diǎn)問題。以往的聽覺實(shí)驗(yàn),多關(guān)注于神經(jīng)元對(duì)單個(gè)純音或噪音的空間反應(yīng)特征。實(shí)際上,自然聲環(huán)境是一種復(fù)雜聲環(huán)境,聲信號(hào)往往是來自聽空間各個(gè)方向連續(xù)出現(xiàn)的復(fù)雜聲,所以探討復(fù)雜聲環(huán)境下腦對(duì)聲音信息的處理機(jī)制將更有實(shí)際意義。
　　本實(shí)驗(yàn)采用常規(guī)電生理細(xì)胞外記錄的方法,記錄大鼠初級(jí)聽皮層(primary auditory cortex,AI)神經(jīng)元的聽空間反應(yīng)域,分析聽神經(jīng)元的聽空間反應(yīng)域特性,并在此基

2、礎(chǔ)上,研究超前噪聲對(duì)神經(jīng)元聽空間反應(yīng)域的影響如何隨噪聲與探測(cè)聲之間的時(shí)間間隔的變化而變化,以及兩者的相關(guān)性,從而揭示噪聲與探測(cè)聲信號(hào)的時(shí)間間隔與聽皮層神經(jīng)元空間反應(yīng)域變化的關(guān)系。
　　研究主要分為三部分:第一部分:自由聲場(chǎng)的建立與空間給聲裝置的研制聲源定位是長(zhǎng)久以來聽覺功能研究的熱點(diǎn)問題。在聲源定位研究實(shí)驗(yàn)中,常使用兩種聲場(chǎng)來給予空間聲刺激:一是用虛擬聲場(chǎng)模擬聽空間給予聲刺激;二是自由聲場(chǎng),通過改變喇叭的空間位置來給予聲刺激,但自

3、由聲場(chǎng)更接近自然聽環(huán)境。本研究設(shè)計(jì)、構(gòu)建的自由聲場(chǎng)運(yùn)動(dòng)給聲裝置包括機(jī)械主體和運(yùn)動(dòng)控制兩部分,單個(gè)喇叭可以在動(dòng)物整個(gè)聽空間運(yùn)動(dòng)。與已有的空間給聲裝置相比,本裝置的特點(diǎn)是:用一個(gè)自由運(yùn)動(dòng)的喇叭在自由聲場(chǎng)中給予聲刺激,喇叭在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中始終在同一個(gè)球面上運(yùn)動(dòng),喇叭的運(yùn)轉(zhuǎn)半徑的可調(diào)節(jié)。本給聲裝置的設(shè)計(jì)為聽覺系統(tǒng)聲源定位的研究提供了更完備的實(shí)驗(yàn)給聲裝置。
　　第二部分:大鼠初級(jí)聽皮層神經(jīng)元空間反應(yīng)域特性本實(shí)驗(yàn)在33只健康成年的SD(Sprag

4、ue-Dawley)大鼠上進(jìn)行。應(yīng)用電生理胞外記錄技術(shù),以神經(jīng)元特征頻率(characteristic frequency,CF)、閾上10～20 dB的純音為探測(cè)聲刺激條件,記錄大鼠初級(jí)聽皮層(AI區(qū))神經(jīng)元對(duì)前方半球聽空間的反應(yīng)域。在記錄空間反應(yīng)域時(shí),動(dòng)物的正前方為空間零點(diǎn),喇叭水平方位運(yùn)動(dòng)的范圍為+90°～—90°(記錄皮層對(duì)側(cè)為正),垂直方位運(yùn)動(dòng)的范圍為+90°～—90°(0°上方為正);水平和垂直方位均每隔30°為一個(gè)測(cè)試方位

5、,總共37個(gè)空間聲刺激方位,在每個(gè)空間方位給予30次聲刺激。共分析了65個(gè)神經(jīng)元的空間反應(yīng)域,分別分析了以放電數(shù)和首次發(fā)放潛伏期為指標(biāo)的空間反應(yīng)域特征。在以反應(yīng)放電數(shù)為指標(biāo)的聽空間反應(yīng)域中,依據(jù)神經(jīng)元聽空間偏好區(qū)域的幾何中心在空間分布位置的不同將神經(jīng)元分為五種類型:對(duì)側(cè)偏好型神經(jīng)元(contralateral hemisphere preference neuron,Contra,44/65,67.7％)、同側(cè)偏好型神經(jīng)元(ipsila

6、teral hemisphere preference neuron,Ipsi,11/65,16.9%)、中間偏好型神經(jīng)元(midline preference neuron,Mid,3/65,4.6%)、全向型神經(jīng)元(omnidirectional neuron,Omni,4/65,6.2%)、復(fù)雜型神經(jīng)元(complex neuron,Comp,3/65,4.6%)。依據(jù)神經(jīng)元反應(yīng)潛伏期較短區(qū)域的幾何中心在空間分布位置的不同將神經(jīng)元

7、分為五種類型:L-對(duì)側(cè)野神經(jīng)元(L-contralateral neuron,37/65,56.9%)、L-同側(cè)野神經(jīng)元(L-ipsilateral neuron,10/65,15.4%)、L-中間神經(jīng)元(L-midline neuron,7/65,10.8%)、L-全向型神經(jīng)元(L-omnidirectional neuron,2/65,3.1%)、L-復(fù)雜型神經(jīng)元(L-complex neuron,9/65,13.8%)。神經(jīng)元以反

8、應(yīng)放電數(shù)為指標(biāo)的空間反應(yīng)域和以首次發(fā)放潛伏期為指標(biāo)的空間反應(yīng)域均呈現(xiàn)出典型的等級(jí)結(jié)構(gòu)。神經(jīng)元對(duì)其偏好區(qū)域放電水平較非偏好區(qū)域高,偏好區(qū)域放電潛伏期較非偏好區(qū)域的短;71%的神經(jīng)元在其整個(gè)空間反應(yīng)域中反應(yīng)放電水平與潛伏期數(shù)值之間存在顯著負(fù)相關(guān)(p＜0.05);神經(jīng)元空間反應(yīng)偏好區(qū)域的幾何中心與潛伏期較短區(qū)域的幾何中心在空間朝向上一致程度很高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,大鼠AI區(qū)神經(jīng)元對(duì)空間方位具有選擇性,通常偏好對(duì)側(cè)空間方位的神經(jīng)元居多;大多數(shù)神經(jīng)元

9、的首次發(fā)放潛伏期數(shù)值與放電數(shù)之間存在顯著負(fù)相關(guān),在潛伏期上表現(xiàn)出的神經(jīng)元空間偏好特性與通過反應(yīng)放電率表現(xiàn)出的偏好性基本相似。
　　第三部分:超前噪聲對(duì)大鼠聽皮層神經(jīng)元空間反應(yīng)域影響的時(shí)間特征本實(shí)驗(yàn)以噪聲模擬自然界的復(fù)雜聲音背景,觀察超前噪聲條件下,大鼠初級(jí)聽皮層(AI區(qū))神經(jīng)元空間反應(yīng)域變化的時(shí)間特征。實(shí)驗(yàn)中,以寬帶噪聲為條件聲,神經(jīng)元CF的純音為探測(cè)聲;兩聲聲強(qiáng)分別為噪聲和純音閾值以上10～20dB。在超前噪聲條件下,改變兩刺激

10、聲之間的時(shí)間間隔(inter-stimulus interval,ISI),觀察神經(jīng)元對(duì)純音反應(yīng)的空間反應(yīng)域變化情況,并將其與安靜條件下的反應(yīng)域進(jìn)行比較。結(jié)果顯示,ISI越短,超前噪聲對(duì)神經(jīng)元的純音反應(yīng)抑制越強(qiáng);表現(xiàn)為反應(yīng)放電數(shù)減少、反應(yīng)域面積變小,神經(jīng)元對(duì)部分空間方位聽反應(yīng)潛伏期變長(zhǎng)。隨著ISI變長(zhǎng),神經(jīng)元對(duì)探測(cè)聲的反應(yīng)恢復(fù);表現(xiàn)為反應(yīng)放電數(shù)、反應(yīng)域面大小和反應(yīng)潛伏期均逐漸恢復(fù)。ISI的變化對(duì)神經(jīng)元偏好的空間方位較非偏好的空間方位影響