老化對猴中顳視區(qū)細胞方向選擇性的影響.pdf

1、老化使視覺的正常功能受到嚴重的削弱。但是眼睛的光學系統(tǒng)老年性改變并不能完全解釋很多視覺功能損傷。通常認為神經系統(tǒng)的退化是這種老年性視覺功能降低的主要原因。在過去的幾年內，很多研究組發(fā)現老年動物視覺皮層細胞的一系列反應特性發(fā)生了改變，例如：老年獼猴初級視皮層、次級視皮層細胞的方位方向選擇性顯著性降低。這些在細胞水平上的變化被認為是老年性視覺功能損傷的神經機制。為了更全面的了解正常老化對視覺皮層細胞功能的影響，本研究采用在體細胞外單位記錄方

2、法，從以下兩方面進一步比較青年獼猴和老年獼猴視覺皮層細胞反應特性的差異： 1.中顳視區(qū)(MT)細胞方向選擇性的功能衰退 精確感知物體的運動方向和速度的能力對于生存是至關重要的。近年來的許多心理物理學實驗表明人們的這種能力在正常老化過程中發(fā)生了衰退。但是這種衰退不能完全由眼視光和視網膜的變化來解釋。因此，Spear提出假說認為這種衰退來源于視覺中樞的功能性退化。 關于這種視覺功能的衰退機制使用細胞外記錄的方法已經在

3、幾個不同的腦區(qū)進行了研究。這些研究結果表明老化對外膝體的影響很小，而對V1(PrimaryVisualCortex、初級視皮層)和V2(SecondaryViusalCortex、次級視皮層)區(qū)的影響比較嚴重。這些研究表明V1和V2區(qū)細胞的方向方位選擇性在老化過程中顯著退化。同時還發(fā)現V2區(qū)細胞的方位選擇性受老化的影響比V1區(qū)的嚴重。而且過度活動和信噪比降低伴隨著這種細胞的退化。過度活動和選擇性的降低被認為是由GABA介導的抑制系統(tǒng)衰退

4、導致的。 眾所周知，方向選擇性細胞在運動處理的過程中起著非常重要的作用。在運動處理早期主要有V1區(qū)細胞起作用。V1區(qū)運動敏感細胞的最優(yōu)運動方向與該細胞最優(yōu)方位正交，因此學者普遍認為V1細胞對運動刺激的組分進行反應。近來的實驗表明老化降低了V1細胞的方向選擇性。但是到目前為止，老化對運動處理后期的影響尚不知道。 中顳視區(qū)(MiddleTemporalarea、MT)和高階的運動檢測處理密切相關。在這個區(qū)域，90％以上的細胞

5、都有很強的方向選擇性。這些選擇性細胞的一部分是PDS細胞(Patterndirectionselectivecellorpatterncell)，他們能檢測物體的運動方向。由于這類細胞也存在于人類的MT+區(qū)。所以，研究老化對中顳視區(qū)細胞，特別是PDS細胞反應特性的影響有著非常重要的意義。為了探討老化對運動處理后期的影響及其和行為的關系，本實驗研究了老化對獼猴的中顳視區(qū)(MT)細胞功能的影響。我們還研究了老化對PDS細胞的比例和V1、MT

6、區(qū)的方向選擇性的影響。結果表明，與青年獼猴的MT細胞相比，老年獼猴的MT細胞方向選擇性顯著性降低。通過定量和統(tǒng)計的方法比較老化對MT細胞和V1細胞的方向選擇性的影響，我們發(fā)現MT細胞受老化影響更嚴重。我們還發(fā)現老年獼猴中顥視區(qū)的PDS細胞所占的比例顯著性下降。這種年齡相關的變化伴隨著誘發(fā)發(fā)放升高、自發(fā)發(fā)放升高和信噪比降低?？傊?，我們的實驗結果表明年齡依賴的功能性衰退發(fā)生在MT和V1區(qū)。這種功能性衰退可能導致了正常老化過程中視運動知覺的衰

7、退。 2.老年獼猴V1區(qū)皮層內的方位方向選擇性的衰退 普遍認為靈長類視覺系統(tǒng)分為兩個通路，負責物體識別的背側通路(又稱M通路)和負責空間識別和運動知覺的腹側通路(又稱P通路)，M通路和P通路并行處理，而各個通路內的信息處理卻是逐級的，級別比較高的腦區(qū)執(zhí)行比較復雜的功能。 在過去的十多年里，有不少研究是使用單細胞記錄技術在不同的腦區(qū)探討年齡相關的老化機制。這些研究表明老化對外膝體的影響極小。而在初級視皮層，細胞的方

8、位、方向和對比敏感度都發(fā)生了衰退。在V2區(qū)的研究表明，V2區(qū)細胞的方位選擇性的衰退比V1區(qū)嚴重。在MT區(qū)的研究也表明，MT細胞的方向選擇性和對比敏感度受老化的影響也比V1嚴重。這種影響從LGN、V1到V2和MT的視覺通路上是逐級增加的。這些實驗似乎揭示著一個假設：老化對視覺通路的影響是逐級累積的，即級別越高的腦區(qū)功能受老化的影響越嚴重。 視覺信息除了腦區(qū)之間的功能級別不同外，在腦區(qū)內部的功能級別也是不同的。目前研究比較多的是初級

9、視皮層的皮層內功能層級結構。如果前述提出的假設成立的話，我們應該發(fā)現復雜細胞的反應特性受老化的影響比簡單細胞嚴重。因此，我們使用在體單細胞記錄的方法在麻醉麻痹獼猴上研究這個問題。 結果發(fā)現與青年獼猴相比，老年獼猴簡單細胞的方位方向選擇性雖然有輕微降低，但是沒有達到統(tǒng)計顯著性。而復雜細胞的方位方向選擇性顯著性降低。也就是說簡單細胞和復雜細胞受老化影響的程度不同。這表明在正常老化過程中初級視皮層皮層內的高級功能受老化的影響更為嚴重。

10、這給我們的假設提供了進一步的支持。 通過上述的兩個實驗，我們研究了獼猴視皮層細胞老年性功能退化在不同的腦區(qū)和不同功能層級的表現特點。結果發(fā)現老年獼猴MT細胞的功能，方向選擇性，顯著性降低，并且比V1細胞的改變更為明顯。而且，其中和圖像連續(xù)性運動感知行為密切相關的一類MT細胞-PDS細胞發(fā)生了丟失。MT區(qū)細胞發(fā)生的老年性功能衰退可能導致了老年人視運動知覺的損傷。另外，我們認為功能級別越高的腦區(qū)功能可能受老化的影響更嚴重。通過研究老