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目的:听觉稳态反应（Auditory Steady State Response,ASSR）是一种大脑产生的对快速周期性听觉刺激的频率和相位均有锁相关系的电生理反应。ASSR是临床脑电图检查中常用于评价神经功能的指标,能够有效评估抑郁症和精神分裂症等神经系统疾病的程度,也广泛应用于神经药理学的动物模型实验中。既往研究表明Gamma频率段（40Hz）声音刺激诱发的ASSR反应最强,因此在神经科学研究中常用40Hz声音刺激评价感觉通路的完整性和神经元活动的同步性。我们在前期研究中已经发现大脑听觉皮层（Auditory Cortex,AC）的ASSR反应强度较前额叶等其它皮层区域强,提示AC区可能是脑电图检查中观测到的ASSR信号的起源。但是ASSR信号在AC皮层内各亚层之间的形成与传递机制尚不清楚。此外,包括AC在内的大脑感觉皮层都接受来自于丘脑的神经投射。丘脑是间脑中最大的卵圆形灰质团,它接受脑干上行感觉传导路的信息投射,经整合处理后传递给大脑皮层。听觉丘脑和皮层之间的投射有两条通路,一条是由内侧膝状体（Medial Geniculate Body,MGB）到AC的特异性投射通路,负责传递声音的频率、强度等特定听觉信息。另一条是由内侧丘脑背侧核（Dorsal nucleus of medial thalamus,MD）到后顶叶皮层（Posterior Parietal Cortex,PPC）和前额叶皮层（Prefrontal Cortex,PFC）等大脑联合皮层的非特异性投射通路,输送可以引起大脑觉醒和注意状态变化的刺激信号。这两条通路在听觉系统中同时存在,但ASSR信号在这两条通路中的传递情况如何,两条通路之间是否形成交叉或回路目前尚不清楚。另外一个值得关注的问题是ASSR检测信号的强度会受到不同意识状态的影响,甚至在临床中可用脑电图监测ASSR信号作为判断麻醉程度的一个参考指标。然而麻醉对ASSR反应的调控机制尚不明确,因此我们有必要从皮层各亚层间的局部网络和跨丘脑—皮层间的广泛网络两个层面深入探讨ASSR与意识状态的相关性及其内在机制。为了解决以上问题,我们首先使用多通道硅电极记录觉醒小鼠AC区各亚层的局部场电位（Local Field Potential,LFP）和单细胞电活动（Single Unit Activity,SUA）,通过分析它们对40Hz Click-Trains声音刺激的反应,探讨ASSR在AC区的具体起源位置及其在各亚层间的传递机制。其次,我们使用慢性微电极同步记录各脑区的LFP信号,分析各脑区间的功能连接,以构建丘脑-皮层间ASSR信息传递的模型。最后,我们检测麻醉状态下上述AC区各亚层间和丘脑-皮层间ASSR信息传递的变化情况并分析其可能机制。这些研究结果有助于揭示ASSR信号在AC区的形成与传递机制,解析丘脑-皮层神经网络功能连接的工作原理,明确意识状态对ASSR的调控机制,进一步可以为分析ASSR异常的潜在病因提供参考依据,为临床有效解读ASSR脑电图检测结果夯实基础。研究方法:1、手术和电极植入:在异氟烷麻醉下行头部手术,根据小鼠脑定位图谱的坐标标记AC区的目标脑区位置,并将定制的金属圈埋置于小鼠颅骨颞侧,用牙科水泥固定。待小鼠恢复两周后,用特制的固定杆和预先埋置于颅骨上的金属圈将其固定于静音跑盘上,保证小鼠可以随意跑动。同时将多通道硅电极插入小鼠AC区,给予时长0.5秒频率为40Hz波宽为0.2毫秒的矩形波（40Hz Click-Trains）的70分贝声音刺激,记录LFP和SUA。2、LFP分析:首先对原始信号进行0.1—300Hz滤过以得到LFP,使用基于小波变换的方法对其进行时频分析以计算平均功率（Mean Trail Power,MTP）和锁相因子（Phase Lock Factor,PLF）,使用电流源密度（Current Source Density,CSD）分析方法去除空间传导效应对LFP结果的影响,使用事件相关电位相关性（Event Related Coherence,ERCOH）和格兰杰因果检验方法分析各层间的Coherence及信息传递方向。3、SUA分析:根据动作电位波形特征将神经元分为兴奋性和抑制性神经元两类,根据放电率特征将神经元分为与声音刺激始终呈同步性放电的Synchronized神经元和只在声音开始阶段有反应的Onset神经元两类。分析各类神经元分布的空间偏好性,并使用细胞场电位相关性（Spike Field Coherence,SFC）及神经元间放电相关性探讨AC各层神经元参与ASSR形成的程度。4、多脑区LFP的比较分析:通过埋置于MGB、MD、AC、PPC和PFC五个脑区的直径为50um的钨丝微电极,同步记录各脑区的LFP,探究各脑区ASSR的反应特点。采用ERCOH分析及格兰杰因果检验探究各脑区LFP的Coherence及方向性信息传递的强度。5、麻醉前后LFP的比较:在小鼠清醒状态下连续一个小时记录AC区各层或MGB等五个脑区的LFP,然后腹腔注射右美托咪啶（Dexmedetomidine,80微克/千克）,继续记录四个小时的LFP。比较麻醉前后LFP的ASSR、ERCOH和信息传递方向性的变化情况。结果:1、AC区各层LFP均显示出与40Hz Click-Trains声音刺激波形同步的周期性振荡,即ASSR反应。MTP和PLF结果分别显示G层ASSR的平均功率和锁相性最强。ERCOH结果显示G层和P层的ASSR信号间有很强的相关性。格兰杰因果检验结果显示G层ASSR信息先传递到S层和I层,S层继而将信息传递到P层。2、SUA结果表明Synchronized神经元在G层分布较多,其中主要是抑制性神经元。相关性分析的结果显示这些神经元之间的SUA有较强的同步性,并且它们与P层LFP的ASSR呈现一定的锁相相关关系。3、丘脑和皮层各脑区的LFP均出现ASSR反应,其中AC区ASSR的振幅、MTP和PLF最强,MGB区次之,再次为MD区,PPC和PFC区反应最弱。4、ERCOH结果显示MGB、MD、AC三者间ASSR的Coherence强,MGB和MD区与PPC和PFC间ASSR的Coherence弱,而AC、PPC、PFC三个皮层区间ASSR的Coherence更弱。5、麻醉降低了AC区各层ASSR反应的强度和各层间ERCOH的相关性。其中G层ASSR下降幅度最大,G层对其它层的信息驱动能力减弱,而I层的信息驱动能力增强。6、MGB、MD和AC区的ASSR反应强度和它们之间的ERCOH相关性在麻醉状态下明显降低。然而PFC区ASSR反应强度却有所增强,它与其它脑区间的相关性也随之增强。结论:1、40Hz的Click-Trains声音刺激在AC区诱发的ASSR反应起源于G层,然后先传递到S层和I层,继而由S层传递到P层。在G层中能够与40Hz声音刺激产生同步性放电活动的抑制性神经元可能是ASSR信号形成的主要参与者。2、40 Hz Click-Trains诱发的ASSR反应在MGB和AC区反应强,在MD、PPC和PFC中反应弱。MGB与AC区间ASSR信号传递强,MD与PPC和PFC区间的ASSR信号传递弱。皮层各区域间和皮层向丘脑MGB、MD的ASSR信号传递也较弱。由此可见,由MGB向AC投射的特异性听觉传导路是皮层ASSR信号的主要起源。3、麻醉使AC区各层ASSR反应都明显减弱,其中G层下降幅度最大,ASSR由G层始发转变为由I层始发。麻醉降低了MGB、MD和AC区ASSR的反应强度,却增加了PFC区ASSR的反应强度。由丘脑向皮层的上行ASSR信息传递被抑制,而由PFC向PPC、AC和丘脑的下行信息传递有所增强。