论文部分内容阅读
神经元群体活动作为神经信息编码和大脑功能实现的重要载体往往表现出丰富的动态特性，呈现出不同频率的同步振荡特征。这种特征性的群体活动不仅与成年大脑诸多功能有密切关联，并且在大脑发育过程中发挥了重要作用。对同步振荡活动在发育过程中如何形成、如何改变并进一步如何修饰神经环路连接等问题的了解还不清楚。个体出生后大脑发育过程中存在一个关键期，在此阶段神经元之间的连接极易被神经活动或环境经验所修饰。但是在发育关键期是否涌现出某种特征性的神经元群体活动使得大脑在这个阶段拥有极强可塑性仍不清楚。通过对清醒小鼠初级视皮层（primary visual cortex，V1）局部场电位(local fieldpotentials，LFPs)和神经元动作电位(spike)的同时记录，我们发现了一种在关键期阶段特异涌现的特征性神经元群体同步振荡活动。从关键期前到关键期阶段视皮层较高频段神经自发活动的峰频率从beta(15-35 Hz)频段迁移到gamma(40-70Hz)频段，并伴随有自发活动LFP跨频段耦合（cross-frequency coupling，CFC）和动作电位与LFP相关性(spike-field coherence，SFC)的降低。同时，视觉诱发的beta频段活动的增强及对gamma频段活动的抑制性调制也只从关键期开始出现。这种关键期特异涌现的特征性振荡活动能被黑暗饲养所削弱，表明其对视觉经验的依赖性。我们的发现表明这种特征性同步振荡活动的涌现可能作为经验依赖的视皮层环路成熟的一个神经电活动层面的特征标志。 不同频率的同步振荡活动是如何形成？尤其神经环路机制还未清楚了解。先前研究表明，抑制性神经元在同步振荡活动的产生和大脑功能的执行过程中扮演着重要的角色，但是数量比例(15-20％)虽低的抑制性神经元却有着许多不同的细胞亚类，它们各自如何调控不同频率的同步振荡活动亟待研究。通过结合胞外多道电生理记录和光遗传学(optogenetics)操作，我们进一步在头部固定清醒小鼠V1区研究了分别表达小清蛋白(Parvalbumin，PV)和生长激素抑制素(Somatostatin，SOM)的两类抑制性中间神经元对同步振荡活动的调控作用。我们发现皮层PV中间神经元和兴奋性锥（主）体神经元(Principle cell，PC)的放电活动与自发及视觉诱发的beta和gamma频段振荡活动具有明显相关性，而SOM中间神经元却没有表现出明显的相关性放电。光遗传学激活操作提示SOM细胞主要驱动较慢（＜20 Hz)的振荡活动，而PV细胞则主要驱动较快(20-80 Hz)的振荡活动。光遗传学失活操作进一步表明，降低SOM细胞的放电活动可以显著地降低较低频段(＜30 Hz)的自发振荡活动（表现出过稀疏化），但降低PV细胞的放电则明显地增强了低频段(＜10 Hz)以及与之耦合的高频振荡活动（表现出过同步化）。同样，失活SOM细胞可削弱视觉诱发的beta而非gamma频段的振荡活动，而失活PV细胞则能同时减弱视觉诱发的beta和gamma频段的振荡活动。这一系列结果表明，PV和SOM抑制性中间神经元差异性地调控V1同步振荡活动，这两亚类细胞介导的抑制作用之间的平衡或者协同作用对于维持正常的皮层动态活动至关重要。