老化對(duì)猴中顳視區(qū)細(xì)胞方向選擇性的影響.pdf

1、老化使視覺的正常功能受到嚴(yán)重的削弱。但是眼睛的光學(xué)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(rèn)為神經(jīng)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(nèi)，很多研究組發(fā)現(xiàn)老年動(dòng)物視覺皮層細(xì)胞的一系列反應(yīng)特性發(fā)生了改變，例如：老年獼猴初級(jí)視皮層、次級(jí)視皮層細(xì)胞的方位方向選擇性顯著性降低。這些在細(xì)胞水平上的變化被認(rèn)為是老年性視覺功能損傷的神經(jīng)機(jī)制。為了更全面的了解正常老化對(duì)視覺皮層細(xì)胞功能的影響，本研究采用在體細(xì)胞外單位記錄方

2、法，從以下兩方面進(jìn)一步比較青年獼猴和老年獼猴視覺皮層細(xì)胞反應(yīng)特性的差異： 1.中顳視區(qū)(MT)細(xì)胞方向選擇性的功能衰退 精確感知物體的運(yùn)動(dòng)方向和速度的能力對(duì)于生存是至關(guān)重要的。近年來的許多心理物理學(xué)實(shí)驗(yàn)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(wǎng)膜的變化來解釋。因此，Spear提出假說認(rèn)為這種衰退來源于視覺中樞的功能性退化。 關(guān)于這種視覺功能的衰退機(jī)制使用細(xì)胞外記錄的方法已經(jīng)在

3、幾個(gè)不同的腦區(qū)進(jìn)行了研究。這些研究結(jié)果表明老化對(duì)外膝體的影響很小，而對(duì)V1(PrimaryVisualCortex、初級(jí)視皮層)和V2(SecondaryViusalCortex、次級(jí)視皮層)區(qū)的影響比較嚴(yán)重。這些研究表明V1和V2區(qū)細(xì)胞的方向方位選擇性在老化過程中顯著退化。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)V2區(qū)細(xì)胞的方位選擇性受老化的影響比V1區(qū)的嚴(yán)重。而且過度活動(dòng)和信噪比降低伴隨著這種細(xì)胞的退化。過度活動(dòng)和選擇性的降低被認(rèn)為是由GABA介導(dǎo)的抑制系統(tǒng)衰退

4、導(dǎo)致的。 眾所周知，方向選擇性細(xì)胞在運(yùn)動(dòng)處理的過程中起著非常重要的作用。在運(yùn)動(dòng)處理早期主要有V1區(qū)細(xì)胞起作用。V1區(qū)運(yùn)動(dòng)敏感細(xì)胞的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)方向與該細(xì)胞最優(yōu)方位正交，因此學(xué)者普遍認(rèn)為V1細(xì)胞對(duì)運(yùn)動(dòng)刺激的組分進(jìn)行反應(yīng)。近來的實(shí)驗(yàn)表明老化降低了V1細(xì)胞的方向選擇性。但是到目前為止，老化對(duì)運(yùn)動(dòng)處理后期的影響尚不知道。 中顳視區(qū)(MiddleTemporalarea、MT)和高階的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)處理密切相關(guān)。在這個(gè)區(qū)域，90％以上的細(xì)胞

5、都有很強(qiáng)的方向選擇性。這些選擇性細(xì)胞的一部分是PDS細(xì)胞(Patterndirectionselectivecellorpatterncell)，他們能檢測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)方向。由于這類細(xì)胞也存在于人類的MT+區(qū)。所以，研究老化對(duì)中顳視區(qū)細(xì)胞，特別是PDS細(xì)胞反應(yīng)特性的影響有著非常重要的意義。為了探討老化對(duì)運(yùn)動(dòng)處理后期的影響及其和行為的關(guān)系，本實(shí)驗(yàn)研究了老化對(duì)獼猴的中顳視區(qū)(MT)細(xì)胞功能的影響。我們還研究了老化對(duì)PDS細(xì)胞的比例和V1、MT

6、區(qū)的方向選擇性的影響。結(jié)果表明，與青年獼猴的MT細(xì)胞相比，老年獼猴的MT細(xì)胞方向選擇性顯著性降低。通過定量和統(tǒng)計(jì)的方法比較老化對(duì)MT細(xì)胞和V1細(xì)胞的方向選擇性的影響，我們發(fā)現(xiàn)MT細(xì)胞受老化影響更嚴(yán)重。我們還發(fā)現(xiàn)老年獼猴中顥視區(qū)的PDS細(xì)胞所占的比例顯著性下降。這種年齡相關(guān)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(shí)驗(yàn)結(jié)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(dǎo)致了正常老化過程中視運(yùn)動(dòng)知覺的衰

7、退。 2.老年獼猴V1區(qū)皮層內(nèi)的方位方向選擇性的衰退 普遍認(rèn)為靈長(zhǎng)類視覺系統(tǒng)分為兩個(gè)通路，負(fù)責(zé)物體識(shí)別的背側(cè)通路(又稱M通路)和負(fù)責(zé)空間識(shí)別和運(yùn)動(dòng)知覺的腹側(cè)通路(又稱P通路)，M通路和P通路并行處理，而各個(gè)通路內(nèi)的信息處理卻是逐級(jí)的，級(jí)別比較高的腦區(qū)執(zhí)行比較復(fù)雜的功能。 在過去的十多年里，有不少研究是使用單細(xì)胞記錄技術(shù)在不同的腦區(qū)探討年齡相關(guān)的老化機(jī)制。這些研究表明老化對(duì)外膝體的影響極小。而在初級(jí)視皮層，細(xì)胞的方

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

9、視皮層的皮層內(nèi)功能層級(jí)結(jié)構(gòu)。如果前述提出的假設(shè)成立的話，我們應(yīng)該發(fā)現(xiàn)復(fù)雜細(xì)胞的反應(yīng)特性受老化的影響比簡(jiǎn)單細(xì)胞嚴(yán)重。因此，我們使用在體單細(xì)胞記錄的方法在麻醉麻痹獼猴上研究這個(gè)問題。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)與青年獼猴相比，老年獼猴簡(jiǎn)單細(xì)胞的方位方向選擇性雖然有輕微降低，但是沒有達(dá)到統(tǒng)計(jì)顯著性。而復(fù)雜細(xì)胞的方位方向選擇性顯著性降低。也就是說簡(jiǎn)單細(xì)胞和復(fù)雜細(xì)胞受老化影響的程度不同。這表明在正常老化過程中初級(jí)視皮層皮層內(nèi)的高級(jí)功能受老化的影響更為嚴(yán)重。

10、這給我們的假設(shè)提供了進(jìn)一步的支持。 通過上述的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們研究了獼猴視皮層細(xì)胞老年性功能退化在不同的腦區(qū)和不同功能層級(jí)的表現(xiàn)特點(diǎn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)老年獼猴MT細(xì)胞的功能，方向選擇性，顯著性降低，并且比V1細(xì)胞的改變更為明顯。而且，其中和圖像連續(xù)性運(yùn)動(dòng)感知行為密切相關(guān)的一類MT細(xì)胞-PDS細(xì)胞發(fā)生了丟失。MT區(qū)細(xì)胞發(fā)生的老年性功能衰退可能導(dǎo)致了老年人視運(yùn)動(dòng)知覺的損傷。另外，我們認(rèn)為功能級(jí)別越高的腦區(qū)功能可能受老化的影響更嚴(yán)重。通過研究老