慢性应激对大脑听觉皮层门控作用的影响

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目的:听觉门控作用(inhibitory gating,IG)是生物听觉功能的基本自适应机制,其表现为反复的声音刺激可以导致听觉神经元对声音刺激的反应性下降。IG作为生物听觉功能的一项重要调节机制,可以防止输入过多的声音信息导致大脑信息处理能力受到损害。通过脑电图(electroencephalogram,EEG)等神经电生理检测方法检测大脑皮层的IG活动程度,可以有效反映出中枢神经系统感觉信号处理功能的状态。应激是生物对机体内外环境刺激所做出的一种全身适应性反应,可分为急性和慢性应激。过于强烈的应激反应会造成神经系统功能紊乱甚至出现不可逆的损伤。既往已经有很多学者针对应激所造成的生物行为学改变以及相关的大脑神经元组织形态学变化进行了深入的研究,但是有关应激对大脑神经元电生理活动的影响尚无系统的研究。因此本研究以大鼠慢性拘束模型为研究对象,通过在体大脑听皮层电生理记录的方法检测应激对IG功能的影响,以揭示应激对中枢神经系统感觉功能影响的机制。  研究方法:  (1)慢性拘束模型  将同鼠笼中体重相近的大鼠随机分为实验组和对照组。实验组大鼠接受连续21天拘束处置(每天拘束6小时),对照组大鼠每天只接受实验者抚摸处置。21天之后通过旷场试验和高架十字迷宫实验等行为学检测方法评价大鼠是否出现焦虑抑郁行为倾向。选择有行为学改变的实验组大鼠和正常对照组大鼠进行神经电生理记录实验。  (2)声音刺激  将扬声器放置于电极记录脑对侧45度方向,高度与耳廓一致,距离耳廓50cm。声音刺激信号由自制的MATLAB程序产生后,声音刺激的频率与强度通过1/2"电容传声器校正。用于检测IG的声音刺激为两个间隔500ms的纯音,它们的频率为所记录神经元的最佳反应频率(Best frequency,BF),强度为70dB,时间长度为80ms。第一个纯音被称为条件声音刺激(Condition,C),第二个纯音被称为测试声音刺激(Test,T)。在一次记录中C和T重复120次,间隔为10s。  (3)神经电生理记录  将体重为200-250克的大鼠用水合氯醛(330-350毫克/千克,5%)进行全身麻醉后,置于立体定位仪上,暴露颅骨前囟。用颅钻在颅顶表面钻4个直径为1.2mm的小孔,拧入细螺丝钉,以此为基点安装自制的金属固定器,用牙科水泥覆盖固定。参照大鼠脑图谱定位标记大脑听皮层(auditory cortex,AC)所在位置(AP:前囟后3-7mm; VD:前囟下2-5mm)。用颅钻小心磨开该区域颅骨,打开一个2×1.5mm的骨窗,暴露硬脑膜。在双目显微镜直视下拨开硬脑膜,使用脉冲推进器操控单根钨丝电极,沿着脑表面垂直方向插入听皮层内。以15微米/s的速度缓慢推进电极,直至记录到单个神经元动作电位信号。  (4)数据采集与分析  将记录电极所获得的电信号接入神经电生理记录仪后,用神经电生理分析软件进行放大、过滤和分析。通过1-300Hz的带通滤波器提取局部场电位(Local fieldpotential,LFP),通过0.3-5000Hz的带通滤波器提取单神经元放电信号(Singleunit,SU)。最后使用MATLAB自定义脚本执行基于小波分析的算法,进行SU和LFP信号的定量统计分析。  研究结果:我们发现正常大鼠的大多数AC神经元的SU电活动对连续出现的两次声音刺激的反应强度并不相同,对第二次声音刺激的反应强度(Test amplitude,T-amp)明显比对第一次声音刺激的反应强度(Condition amplitude,C-amp)弱,从而体现出大脑听皮层的正常IG功能。同时记录到的LFP信号中短潜伏期的负向波也表现出稳定的IG变化,但是LFP中长潜伏期的正向波却没有明显的IG效应。受到慢性拘束处置的大鼠出现焦虑行为倾向之后,其AC神经元的SU和LFP信号中IG效应全部消失,表现为T-amp增加而C-amp保持不变。  结论:我们首次应用在体神经电生理记录的方法证实了AC神经元电活动具有明确的IG效应,说明大脑皮层对感觉信息处理具有一定的自我保护机制。我们还发现慢性应激可以削弱大脑AC神经元的IG功能,从而损害感觉神经系统的自我保护机制,造成神经系统高级功能的障碍。
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