豚鼠小腦齒狀-中位核在經(jīng)典眨眼條件反射建立過程中的作用研究.pdf

1、目的和方法: 長期以來人們一直認為小腦只具有運動調(diào)節(jié)功能，但近年來大量的實驗和臨床研究結(jié)果表明小腦可能參與了多種復(fù)雜的認知和學(xué)習(xí)任務(wù)。例如，小腦在經(jīng)典眨眼條件反射的建立和表達的過程中可能發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。 經(jīng)典的眨眼條件反射的建立依賴于一種中性的條件刺激(CS，通常為一個聲音)和非條件刺激(US，通常為角膜吹氣)反復(fù)配對出現(xiàn)。初始聲音的出現(xiàn)不能引起眨眼反應(yīng)，但隨著CS與US配對訓(xùn)練的反復(fù)進行，動物便可以在聽到聲音后立

2、隨出現(xiàn)眨眼反應(yīng)。大量的實驗研究(包括損毀、放電記錄、電刺激、可逆性失活和腦功能成像技術(shù)等)均提示小腦是這種眨眼條件反射獲得和表達的關(guān)鍵腦區(qū)。 小腦在解剖學(xué)上可分為小腦皮層和小腦核團兩個不同部分。雖然該領(lǐng)域相關(guān)研究已取得了一系列進展，但對于小腦皮層和深部核團這兩部分在經(jīng)典眨眼條件反射建立和表達中作用的相對重要性及相互聯(lián)系仍存在較大的爭議。一部分研究認為小腦的學(xué)習(xí)記憶功能基于皮層的LTD(longtermdepression)現(xiàn)象即

3、爬行纖維傳入可以長時程地抑制蒲氏細胞對苔狀纖維的傳入反應(yīng)，從而減弱了對深部核團的抑制進產(chǎn)生條件反射。在這一理論中深部核團只是小腦的輸出結(jié)構(gòu)，沒有發(fā)生任何可塑性變化。另一部分研究則發(fā)現(xiàn)在小腦環(huán)路中齒狀一中位核與小腦皮質(zhì)同時接收條件刺激和非條件刺激的信息，二者在結(jié)構(gòu)上都有可能參與條件刺激和非條件刺激之間的整合過程。與這個觀點一致的是，長時程抑制(LTD)與長時程增強(LTP)兩種與聯(lián)合學(xué)習(xí)有關(guān)的突觸可塑性形式在小腦皮質(zhì)和齒狀一中位核中的存在

4、都分別得到證實。近年來有越來越多的研究支持后一種觀點認為小腦深部核團尤其是齒狀-中位核才是經(jīng)典眨眼條件反射這類聯(lián)合性學(xué)習(xí)記憶的關(guān)鍵靶區(qū)。 研究齒狀-中位核在經(jīng)典眨眼條件反射建立過程中的作用既能為明確小腦的運動學(xué)習(xí)功能及機制提供支持，也能為更加全面地理解學(xué)習(xí)記憶神經(jīng)機制提供有益的幫助，具有非常重要的理論意義。 本研究分成三部分：(1)建立豚鼠經(jīng)典眨眼條件反射模型，記錄和觀察豚鼠齒狀-中位核神經(jīng)元在經(jīng)典眨眼條件反射建立過程中

5、的放電活動，從細胞水平觀察小腦齒狀-中位核是否直接參與經(jīng)典眨眼條件反射的建立過程及其神經(jīng)元在此過程中的活動特征；(2)使用低劑量的Y-GABA受體激動劑蠅蕈醇可逆性失活豚鼠小腦齒狀-中位核，觀察注射組動物眨眼條件反射建立和表達情況變化，從行為學(xué)水平研究齒狀-中位核在其中發(fā)揮的作用。(3)通過投射電鏡的方法觀察眨眼條件反射建立后豚鼠小腦齒狀-中位和神經(jīng)元突觸的超微結(jié)構(gòu)改變并分析其與行為改變之間的相互聯(lián)系。 結(jié)果: 1.經(jīng)典

6、眨眼條件反射建立過程中豚鼠齒狀-中位核神經(jīng)元的放電活動。 配對組動物在3天(包含6組)行為訓(xùn)練后均可獲得90％以上的條件反應(yīng)率。在經(jīng)典眨眼條件反射建立過程中，豚鼠齒狀-中位核神經(jīng)元表現(xiàn)出兩種特定的活動模式。40％(12/30)的神經(jīng)元在條件反射出現(xiàn)時活動發(fā)生改變，表現(xiàn)為神經(jīng)元發(fā)放隨條件反應(yīng)率和幅度的增強而增強。60％(18/30)的神經(jīng)元不會隨著條件反射的建立而發(fā)生改變，其放電模式與條件反射不相關(guān)。 2.蠅蕈醇小腦齒狀-

7、中位核微注射對經(jīng)典條件反射的建立和表達的影響。 本實驗中使用γ-GABA受體激動劑蠅蕈醇可逆性失活小腦齒狀-中位核，結(jié)果發(fā)現(xiàn)2.5ug/kg蠅蕈醇注射組動物的第2天至第4天，條件反射的建立和表達受到顯著抑制。2.5ug/kg注射組第5天訓(xùn)練水平與aCSF組訓(xùn)練第2天訓(xùn)練水平相當(dāng)，提示條件反射建立能力受到顯著抑制。停藥后條件反射的習(xí)得不受影響。條件反射完全建立后注射藥物，2.5ug/kg組動物條件反射完全消失，提示條件反射的表達同

8、樣受到完全抑制。而1.25ug/kg組動物在試驗中表現(xiàn)為部分抑制了條件反射的建立和表達。 3.條件反射建立后豚鼠小腦齒狀-中位和神經(jīng)元突觸的超微結(jié)構(gòu)變化 配對組動物在6天的條件反射訓(xùn)練后均可獲得90％以上的條件反應(yīng)率而非配對組動物6天時間內(nèi)條件反應(yīng)率持續(xù)低于10％，通過投射電鏡觀察小腦齒狀-中位核神經(jīng)元突觸超微結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)配對訓(xùn)練組的動物的小腦齒狀-中位核神經(jīng)元突觸超微結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)為凹型或凸型突觸有增加的趨勢，突觸間隙模糊，

9、遞質(zhì)小泡聚集成堆且靠近突觸前膜，后膜致密區(qū)(PSD)厚度明顯增厚，突觸活性區(qū)域增多，總長度顯著增加。提示突觸傳遞效能增加。 結(jié)論: 1.豚鼠小腦齒狀-中位核中存在與經(jīng)典眨眼條件反射建立相關(guān)的神經(jīng)元活動，提示小腦齒狀-中位核可能主動參與經(jīng)典眨眼條件反射的建立過程； 2.小腦齒狀-中位核可逆性失活可顯著抑制豚鼠經(jīng)典條件反射的建立和表達，提示小腦齒狀-中位核在經(jīng)典眨眼條件反射的建立過程中發(fā)揮重要作用，并且控制著條件反應(yīng)