论文部分内容阅读
目的:听觉门控效应（auditory gating,AG）是生物体一项重要的基本自适应机制,主要表现为大脑对连续发生的声音刺激反应强度逐渐降低。中枢神经系统（central nervous system,CNS）的AG效应可过滤掉向大脑高级中枢传递的冗余信息,从而保护大脑有限的信息处理能力。听觉认知网络主要由两条听觉信息传导通路构成。一条通路被称为特异性听觉丘脑皮层传导路:声音信息从内侧膝状体（medial geniculate body,MGB）投射到同侧听皮层（auditory cortex,AC）,然后经皮层-皮层间连接通路（cortico-cortical pathway）逐级传递至后顶叶皮层（posterior parietal cortex,PPC）以及内侧前额叶皮层（medial prefrontal cortex,m PFC）等高级中枢。另一条通路被称为非特异性听觉丘脑皮层传导路:由背内侧丘脑核（medial dorsal thalamic nucleus,MD）直接经丘脑-皮层间连接通路（thalamo-cortical pathway）投射到PPC和m PFC等高级中枢。然而AG效应在这两条传导路中的差别,以及在听觉认知网络中有何变化规律目前尚不清楚。既往研究表明,PPC区是感觉丘脑皮层传导路中的一个重要枢纽,PPC区神经元同时接受特异性和非特异性丘脑皮层投射的输入,可对视觉、听觉、前庭和躯体感觉等多种模式刺激做出反应,因而具有对多感觉信息汇集加工和过滤整合的功能。因此,深入探究特异性和非特异性通路来源的听觉信息在PPC区AG效应形成中的作用,有助于了解大脑对感觉信息整合处理的神经环路机制。此外,丘脑皮层间信息传递功能是否正常可能与精神分裂症（Schizophrenia,SZ）等多种神经精神系统疾病的发生有关。SZ是一种高患病率和致残率的重度精神类疾病,通常表现为感知觉、思维、情感和行为等方面障碍以及精神活动与环境的不协调。临床证据表明,SZ患者常伴有前脉冲抑制（prepulse inhibition,PPI）缺损等感觉行为异常的表现。与正常人相比,SZ患者大脑被过多的感觉刺激信号所淹没而超载,引发注意力和定向力等认知功能异常,最终导致患者出现幻觉、谵妄等精神症状。但SZ患者PPC区AG效应是否存在异常改变及其原因目前尚不明确。为了探讨上述有关AG的神经机制问题,本研究首先应用在体神经电生理记录的方法检测听觉丘脑皮层传导通路和PPC区各层中的AG水平。结合光遗传学技术,建立MD/AC-PPC神经网络模型,揭示PPC区AG形成的潜在神经环路机制。然后构建SZ小鼠模型,结合PPC区AG效应形成机制假说,探究SZ患者PPC区AG是否出现异常并揭示其可能的原因,为寻找潜在治疗靶点提供新的依据。研究方法:1、应用慢性微电极植入的方法对正常小鼠大脑m PFC、PPC、AC、MD和MGB区进行同步神经电活动记录。通过检测条件-测试声音刺激（conditioning-test sound stimuli paradigm）所诱发的局部场电位（local field potential,LFP）以及单个神经元电活动（single unit activity,SUA）,对不同脑区的AG效应进行测量评估。2、将不同脑区的AG效应程度和声音诱发反应潜伏期进行相关性分析,探究听觉丘脑皮层传导通路中AG效应程度有何变化规律。3、应用多通道在体神经电生理记录技术检测PPC区声音诱发反应,根据电流源密度（current source density,CSD）结果将PPC区分为Pial/Supragranular（P/S）层、Granular（G）层和Infragranular（I）层,评估PPC区各层AG效应是否存在差异。4、在MD区和AC区注射AAV-Camk IIα-Ch R2-m Cherry病毒,使MD和AC区兴奋性神经元表达红色荧光蛋白。应用神经示踪技术评估MD区和AC区来源的神经纤维在PPC区各层间的投射差异。5、应用光遗传学方法选择性激活VGAT-Ch R2-EYFP转基因鼠GABA能中间神经元,评估其对局部兴奋性神经元的调控作用,以找寻一种光遗传操控特定脑区兴奋性的方法。6、应用第5步光遗传学策略,分别对MD区和AC区进行光遗传抑制,评估其对PPC区不同层AG效应的调控作用。此外,分别在MD和AC区注射光遗传学载体病毒AAV-Camk IIα-Ch R2-m Cherry,使MD和AC区兴奋性神经元表达光敏视蛋白（channelrhodopsin-2,Ch R2）。光激活MD或AC投射到PPC区的神经纤维,记录PPC区各层的LFP和SUA反应。通过构建MD/AC-PPC神经网络模型,深入探究PPC区AG效应形成的潜在神经机制。7、在小鼠神经系统发育关键时期（PND 7-11）给予NMDAR阻滞剂（MK-801）构建SZ鼠模型,通过旷场实验（open field test,OFT）、震惊反射实验（startle reflex,SR）和前脉冲抑制实验（prepulse inhibition,PPI）评估造模的有效性。8、记录SZ模型鼠PPC区各层以及MD和AC区的AG水平,评估其是否存在门控效应缺损,结合前期实验得出的PPC区AG效应形成机制假说,找寻SZ患者PPC区AG异常的主要原因。结果:1、在特异性听觉传导路中,MGB和AC区的AG效应较弱;而在非特异性听觉传导路中,MD和m PFC区的AG效应较强,PPC区AG处于中等水平。在它们之间随着反应潜伏期的延长,AG效应逐渐增强。2、PPC区各层间AG效应存在差异,其中G层AG最强,I层次之,P/S层最弱。3、MD区发出的神经纤维主要投射到PPC区G层,而AC区发出的神经纤维主要投射到PPC区P/S层。光遗传选择性抑制MD区神经元电活动可以导致PPC区全层AG下降,而抑制AC区神经元电活动可导致PPC区G层和I层AG增强,P/S层不变。4、光激活MD/AC到PPC的投射纤维,可以驱动PPC区全层出现相应的LFP和SUA反应,其中光激活MD投射到PPC区的神经纤维以诱发PPC区G层反应最强;而光激活AC投射到PPC区的神经纤维以诱发PPC区P/S层反应最强。但光激活这两条投射通路均不能引发PPC区AG效应形成。5、在PND 7-11给予MK-801可导致成年小鼠运动能力异常增强（OFT运动总距离增加、速度加快）、SR异常增高和PPI缺损。与正常小鼠相比,该模型鼠表现出PPC区全层和MD区AG效应减弱,而AC区AG无明显改变。结论:1、在听觉丘脑皮层传导通路中,存在AG效应逐级递增的变化规律。其中,非特异性听觉传导通路的AG效应强于特异性听觉传导通路。PPC区各层间AG效应有显著差异,其中G层最强,I层次之,P/S层最弱。2、PPC区AG效应主要从MD和AC区继承而来:MD来源的强AG信号传递到PPC区G层;而AC来源的弱AG信号传递到PPC区P/S层,两种AG信号在PPC区内逐渐混合并相互叠加,最终形成了PPC区AG的层特异性。3、SZ模型鼠的MD功能障碍可能是造成PPC区全层AG减弱的原因。