大鼠下丘中央核和核心神經特征頻率的變化

耳蝸核、上橄欖核綜合體、外丘和下丘構成聽力樹干中心。下丘是耳蝸與大腦之間聽覺信號傳輸的重要中轉站,解剖位置恒定,易于定位和進行電生理記錄,是研究皮層下聽覺中樞功能的重點。本文擬就正常下丘神經元對純音刺激的反應特點,以及外周聽器損傷后下丘神經元的生理學改變和神經遞質改變等研究進展進行綜述。1山地脈的頻域特征1.1單次給藥頻率布特點及頻率響應面積圖(frequencyresponsearea,FRA)的分類所謂特征頻率,就是耳蝸基底膜或高級聽覺中樞的某個點或某個層面的最靈敏的反應頻率。最新的研究表明,在下丘中央核,從背側到腹側隨著深度的增加,特征頻率呈階梯式增高趨勢。根據Malmierca等的研究,從大鼠下丘背側到腹側,大部分的特征頻率按1/3倍頻程的遞增進度呈薄片、疊瓦狀分布,他們用多個神經元和單個神經元細胞外記錄分別證明了這一點,而且,他們從解剖學的角度也證實了這種頻率地形圖模式。Izquierdo等的實驗結果與他們一致;他們還發現,從大鼠下丘中央核背側到腹側,隨著深度的增加,頻率響應面積圖(FRA)由典型的V-shape變成non-Vshape,頻譜范圍越來越寬。另一位學者Hernández的結果有所不同,大鼠的下丘中,VshapeFRA占69%,non-VshapeFRA占29%,另外2%FRA無法分類。其中,V-shapeFRA在各個頻率幾乎均衡分布,而non-VshapeFRA在6.1至12kHz分布最多,以此頻率為中心,向兩側分布越來越少。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,當頻率升高到一定程度,閾值又升高。在同一個電極道,特征頻率的閾值由淺到深總體表現為“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),用調諧曲線閾上10~30dB高頻(HF)和低頻(LF)的對數差(倍頻程)表示。C.Q值:Q=CF/(HF-LF),一般用Q10-30表示。2psth的類型Finlayson研究發現,當給大鼠一對純音刺激時,前面的純音刺激會對后面的探測純音刺激有抑制、易化或延遲調諧的作用。60%的大鼠下丘神經元會被同等強度的對側或雙側純音刺激所抑制,這種抑制隨著第一刺激音音長(duration)增加而加強,直到200ms達到最大程度,隨著探測音間隔(interval)增加而減弱,以至于對探測音的反應越來越快,與第一刺激音的音長和強度沒有關系。易化反應主要在那些“pauser/buildup”反應模式的神經元中出現,隨著探測音間隔的增加而減弱。大鼠對音長200ms最佳頻率(BF)純音的刺激后時間直方圖(PSTH)大概表現為下列幾種類型:(1)抑制型(inhibitory),在純音刺激過程中抑制自發放電。(2)瞬態型(transient),在純音刺激最初25秒之內呈現興奮反應,隨后在整個刺激過程中跟著低放電———進一步分為a.on-set型—只在反應開始瞬間放電;b.on-chop型—在PSTH中呈現多個有規律的峰;c.初級樣反應的神經元。(3)長潛伏期型(long-latency),類似瞬態型,但有一個22ms的潛伏期,后面的波峰較寬。(4)暫停/發放型(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放電;b.長潛伏期接著一個平穩的放電。3外側核的鎖相反應和神經元的分類聲音從聽神經傳到聽覺皮層保留著精確的定時信息(timinginformation),這一功能是通過對上傳過程中復雜聲音中低頻成分的時間編碼來實現的,通過對刺激波形的鎖相反應可以分析中樞的時間編碼功能。從耳蝸神經、耳蝸核、橄欖核、外側丘系、下丘、內側膝狀體、聽覺皮層都存在頻率的時間編碼。下面介紹下丘的鎖相反應。Liu等在豚鼠下丘161個單個神經元細胞外記錄發現,68%的神經元表現出鎖相反應,鎖相反應主要集中在中央核,背側核、外側核也有。隨著解剖區域的不同,鎖相頻率的上界變化很大(80Hz~1034Hz),中央核、背側核、外側核的鎖相頻率上界分別為>1000Hz、700Hz、320Hz,三個區的潛伏期分別為(8.2±2.8)(x±s)ms、17.2ms、13.3ms。他們得出結論:下丘中央核直接接收腦干的信號輸入,而背側核和外側核接收包括前腦在內的其它區域的信號輸入。81%具有鎖相反應的神經元的特征頻率在100Hz~1000Hz,特征頻率在500Hz以下時91%的神經元出現鎖相反應,隨著特征頻率的升高,鎖相反應的出現率成比例地下降。與耳蝸神經相比,下丘神經元的鎖相反應的矢量波動范圍大(<0.3至>0.9),耳蝸神經呈現低通鎖相反應,而一些下丘呈現帶通鎖相反應。根據鎖相反應的PSTH,神經元可分為以下6種類型:(1)on-sustainedunits(55%);(2)onsetunits(9%);(3)pauserunits(23%);(4)chopperunits(3%);(5)onsetchopperunits(1%);(6)sustainedunits(10%)。通過繪制至少4個刺激頻率的最佳平均位相(Rayleigh值大于100)來測量聲源到下丘的潛伏期。同一個神經元的不同刺激頻率的時間直方圖顯示,隨著刺激頻率的增加,鎖相反應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間,根據這種方法算出,隨著特征頻率的增高,聲音從聲源傳到下丘的時間(潛伏期)縮短。該研究中,74%的神經元的平均位相圖與刺激頻率呈線性相關,一些呈輕微的非線性,一些呈明顯的非線性。對于非線性關系的解釋大概有以下三種:其一,從耳蝸輸入的信號就是非線性的;其二,就是不同頻率范圍、不同位相斜率的線性相關信號疊加而形成非線性;第三,信號來自數量不同的突觸,突觸信號傳導延滯有差異,輸入疊加而成非線性相關信號。信號疊加的現象已被實驗所證實。4音頻定位圖改變的大鼠體內音的發放和放電的改變Seki等研究發現,噪聲暴露造成10dB以上的聽力損傷就可引起貓初級聽覺中樞的改變。具體表現為(1)特征頻率向鄰近電極漂移使調諧曲線變寬(大于1個倍頻程,有的大于3個倍頻程)或者成為雙峰,說明聽力損傷頻率旁頻帶抑制消失或減弱。這一點與早在2年前Snyder等的研究結果相似:Snyder等將貓的一部分螺旋神經節破壞,消除了耳蝸一定頻率聲波的輸入,結果發現下丘的音頻定位圖立刻發生了變化,原本對損傷頻率敏感的下丘神經元對這一頻率的刺激不敏感了,反而對其旁邊的頻率(損傷頻率以上和以下)敏感,特征頻率發生了向下位移,音頻定位圖出現了與損傷頻率相對應部位切跡,三維調諧曲線(spatialtuningcurves)變寬,實際就是所謂的雙峰。這一結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閾值之間關系為:CFTHR=-6+0.67ABRTHR(R2=0.368,P<0.0001)。(3)當聽力損傷引起音頻定位圖改變后,CF閾值和特征頻率閾上20dB調諧曲線的寬度(BW20dB)隨著聲損傷后時間的延長而增加,CF閾值以斜率為0.14dB/天的速度隨著損傷后時間的延長而升高。(4)在正常和聽力損傷但沒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,而聽力損傷導致音頻定位圖改變的貓中,BF20dB值與CF值沒有關系。回歸分析顯示:前者BF20dB值與CF值的回歸線斜率近于1[(0.99±0.07),R2=0.61],而后者BF20dB值與CF值的回歸線斜率為(0.02±0.03)(R2=0.001),與0無異。(5)BW20dB隨著特征頻率閾值的增加而增加。(6)聽力損傷引起聽皮質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間的延長而以比正常貓快2倍的速度降低,直至兩者潛伏期值逐漸接近。(7)當CF在6kHz以上時,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個倍頻程)。Salvi等研究發現,雖然局限性損傷南美洲栗鼠耳蝸導致其聽神經復合動作電位(CAP)下降,但下丘的局部場電位比正常增加了,損傷區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減弱,他們記錄了特征頻率損傷前后下丘和耳蝸背側核單個神經元的放電情況,結果發現顯著的特征頻率以下調諧變寬、抑制減弱、放電明顯增加,與旁頻帶抑制減弱模型一致。他們發現,耳蝸的輸出隨著內毛細胞損傷數目增加成比例地下降,但下丘的反應卻僅僅呈現適度的振幅下降,而聽覺中樞卻反應增強。這說明中央聽覺通路的增益可以被上調或下調以補償耳蝸神經活動的減弱或增強。更有意義的是,在Salvi等的研究中,當給南美洲栗鼠105dB2kHz純音暴露5天后,4kHz(1個倍頻程)出現30dB的永久閾移,而強度發放函數曲線(RIF)顯示,在500Hz時,低強度刺激音的發放率與暴露前相當,隨著強度的增加,純音暴露后的發放率相當于暴露前的2~3倍。在4kHz,在低強度刺激時,沒有發放,一但刺激強度超過閾上,發放很快上升,在中等強度刺激時就超過暴露前,在最大強度與暴露前發放相當。在Salvi等的研究中,中央聽覺通路的增益是從下丘開始的。他們給南美洲栗鼠105dB2.8kHz純音暴露2小時后,發現耳蝸復合動作電位在1kHz頻率范圍明顯降低,中強度刺激發放明顯下降。對應頻率蝸核的輸出/輸入函數與耳蝸改變模式一致,下丘在低強度刺激時發放降低,在中強度刺激時發放異常增高逐漸超過正常很多。這種改變從聽覺損傷后8小時到5天均可見到,這種早期的改變不是由軸突發芽或新的突觸形成造成的。Izquierdo等報道,分別給大鼠5kHz和8kHz噪聲暴露,引起的聽力損傷結果不一致,以復合動作電位圖(CAPaudiogram)表示,一部分各個頻率閾值升高,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-閾值函數也發生了明顯改變,原來有規律的背腹軸階梯式頻率-深度函數圖被破壞了,變得模糊、混亂。正常組最佳頻率(bestfrequency,BF)持續深度為(151±41)μm(x±s),兩個BF之間的跨度為(0.34±0.11)倍頻程(x±s),平均一個電極道記錄(14±3.7)個頻率。而噪聲暴露組BF持續深度為(218.5±113)μm(x±s),與正常組相比,差異顯著(t-test,P<0.01)。兩個BF之間的跨度為(0.49±0.40)(x±s)倍頻程,平均一個電極道記錄(9.9±4.4)個頻率,與正常組相比,明顯減少(t-test,P<0.05)。對應于耳蝸的損傷頻率,下丘的相應頻率階梯由于鄰近頻率的調整擴展而變平坦了,這一點與旁頻帶抑制減弱一致。目前認為,包括下丘、耳蝸核在內的聽覺中樞的旁頻帶側抑制效應減弱是耳鳴、響度重振、聽覺過敏產生的基本機制。5gabaa抑制劑神經遞質(neurotransmitter)是神經系統進行信息傳遞過程中作為媒介的化學物質,主要在神經元中合成,并通過神經末梢貯存和釋放。在中樞神經系統中主要包括興奮性遞質(excitatorytransmitter)和抑制性遞質(inhibitorytransmitter)兩大類。分布于IC的神經遞質主要是乙酰膽堿(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。神經遞質只有與其特異性受體結合才能發揮作用。GABA受體有三種:(1)GABAA受體,它為蠅蕈醇(muscimol,Mus)、isoguvacine等所激動,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BIC及BAC均不敏感。GABAA對下丘神經元的反應發放率、潛伏期函數、時間編碼、聲源定位、反應發放類型、頻率調諧等均起調控作用。如果使用BIC阻斷GABAA的作用,明顯使發放率增加,而且使發放模式(dischargepattern)發生變化:IC神經元聲反應模式多為相位型(phasicresponder),相位短串型(phasicbursterresponder)和緊張放電型(tonicresponder),在GABAA的拮抗劑BIC作用下,