论文部分内容阅读
鸣禽鸣曲的学习和维持依赖于脑内的鸣唱系统。RA作为鸣禽鸣唱系统中重要的前运动核团，负责整合两条通路的信息，从而控制鸣肌的运动，产生各种鸣啭行为。RA投射神经元电位发放的时间模式与鸣曲发声的时间结构存在对应关系，每个电位的准确发放与固定的行为密切相关，这暗示了鸣曲在RA中可能表现为一系列电位发放的时间编码。钙激活的钾离子通道在神经元的兴奋性活动、突触传递及突触可塑性等方面都具有重要的调节作用。小电导钙激活的钾离子通道(Small conductance Ca2+-activated K+channel，SK通道)当细胞内Ca2+的浓度提高到一定程度时被激活(开放)，不具有电压依赖性，参与介导动作电位的后超极化(afterhyperpolarization，AHP)过程。目前为止，SK通道在鸣禽鸣唱系统中的功能尚无研究报道。本实验利用电生理膜片钳技术，在离体脑片上，对成年雄性斑胸草雀RA投射神经元中SK通道的功能进行研究。 1.SK通道参与调节RA投射神经元的兴奋性活动 阻断SK通道提高了RA投射神经元动作电位的发放频率。在斑胸草雀中，为了检测SK通道是否参与RA投射神经元动作电位的发放并调节其兴奋性活动，实验中以注入电流强度为横坐标，动作电位发放频率为纵坐标进行分析。注入电流为0-200pA，持续500ms，步阶为50pA，间隔10s。在一定的刺激强度下，100nMapamin(SK通道选择性阻断剂)引起诱发电位发放频率的明显提高(P<0.05，n=10)。 阻断SK通道降低了RA投射神经元动作电位的后超极化幅度。SK通道选择性阻断剂apamin主要是通过降低动作电位后超极化(AHP)的幅度来提高发放频率。给予100nMapamin后，AHP的平均幅度在不同强度的刺激下都有所降低，尤其是注入100pA、150pA和200pA电流诱发动作电位的平均AHP幅度显著降低(P<0.05，n=8)。这些结果表明在RA投射神经元中，SK通道可以通过参与动作电位的AHP来调节神经元的兴奋性。 2.SK通道维持RA投射神经元的发放节律 SK通道参与维持诱发动作电位的节律。动作电位的后超极化过程为一些离子通道从失活状态恢复过来提供了足够的时间。实验结果表明阻断SK通道扰乱了RA投射神经元诱发动作电位的发放节律。Apamtn(100nM)提高了发放间隔的变异系数(coefficient of variation of interspike intervals，CV of ISIs)。当注入大于等于100pA电流时，apamin显著提高了诱发电位的平均CVofISIs值(P<0.05，n=10)，说明SK通道可以维持神经元诱发电位的发放节律。 SK通道参与维持自发动作电位的节律。为了进一步确认apamin对RA投射神经元自发活动的影响，在吸附式电压钳模式下记录RA投射神经元的自发电流。100nMapamin对自发电流的平均发放率基本没有影响，正常情况下为7.18±0.87Hz，给予apamin后为7.3±0.96Hz(n=8)。而自发电流发放间隔的变异系数(coefficientofvariationofintercurrentintervals，CVofICIs)由0.2946±0.0495提高到0.4532±0.0777(P<0.05，n=8)。这些结果暗示了SK通道可以维持RA投射神经元自发活动的节律。 SK通道可以维持诱发动作电位发放阈值的稳定性.在全细胞记录模式下，apamin使平均发放阈值表现出频率依赖性的去极化，并使发放阈值更加多变。当注入200pA电流时，阻断SK通道使发放阈值的平均值显著提高(P<0.05，n=8)。Apamin也引起了诱发电位阈值的平均CV值产生频率依赖性的提高。由于发放电位阈值的多变导致了发放的不规律，所以这些结果暗示了SK通道很可能是通过调节动作电位的后超极化过程确保发放阈值的准确性，从而维持神经元的发放节律。 3.阻断突触输入后SK通道对神经元兴奋性活动的影响 阻断突触输入后SK通道仍然参与调节神经元的兴奋性。为了检测阻断SK通道对RA投射神经元兴奋性活动的影响是否依赖于突触活动，实验中以注入电流强度(0-200pA，500ms，步阶20pA，间隔10s)为横坐标，以发放频率或CVofISIs为纵坐标进行分析，观察当50μMAPV(NMDA受体阻断剂)、20μMDNQX(非NMDA受体阻断剂)和150μMpicrotoxin(GABA受体阻断剂)存在的情况下，apamin对RA投射神经元动作电位的发放率及发放节律的影响。当注入的电流大于等于40pA时，apamin(100nM)极显著地提高了神经元的发放率(P<0.01，n=6)。CVofISIs也有所提高，但没有达到显著性差异(n=6)。因此，这些结果暗示了位于突触后的SK通道可能对神经元的发放率具有重要调节作用，但对发放节律及准确性的调节可能需要突触活动的参与。 阻断突触输入减小了apamin引起的自发放节律的变化。吸附式记录自发电流发现，当50μMAPV、20μMDNQX和1.50μMpicrotoxin存在时，100nMapamin对自发电流的平均发放率基本没有影响，对照为6.62±1.1Hz，给予apamin后为6.7±1.15Hz(n=6)。与突触活动存在时不同的是，自发电流的CVofICIs由0.257±0.0529提高到0.3345±0.0704(n=6)，并没有达到显著性差异，提高的幅度有所下降。所以，SK通道对自发活动节律的调节需要突触活动的参与。 SK通道可在多种可兴奋性的组织和器官中表达。目前为止，对于SK通道的研究主要集中在大鼠等哺乳动物中，已发现在神经系统中SK通道在维持神经元的兴奋性活动等方面具有重要作用，但在鸣禽鸣唱系统的研究中未见相关报道。本论文在斑胸草雀鸣唱系统的弓状皮质栎核(RA)中对SK通道在调控鸣曲输出方面进行实验和分析。实验结果表明，SK通道参与调节斑胸草雀RA投射神经元的兴奋性。此外，SK通道可以维持神经元发放的节律及准确性，但这种功能依赖于突触活动。RA作为重要的前运动核团，其神经元的发放活动可能包含着完整固定的鸣曲编码。鸣唱运动行为的准确性应该表现在神经控制活动的准确性上。因此，RA中SK通道可能在维持鸣曲信息输出的准确性和稳定性等方面起着重要作用。