当我们用手堵住一只耳朵时会发现我们听到的声音与正常时相比清晰度会下降很多,对声音的辨别能力也会变差,并且声音的方位也不易判断,这些都是由于在听觉信息形成过程中双耳信息整合的作用。当声源位于人或动物非正中空间时,声音到达双耳会存在一定的强度差(IID)和时间差(ITD),双耳信息整合核团通过对这些差异进行编码,从而有助于声源的定位,此外双耳信息整合核团通过对双侧耳的声讯信息进行加工处理从而有利于对声音的辨别。在听觉核团中,中脑下丘(IC)是一个非常重要的双耳信息整合核团,是听觉系统中的中枢核团,它既接受来自低位听觉核团的上行投射,又接受来自下丘以上听觉高级中枢的下行调控,这些投射汇聚于IC,构成了 IC复杂的输入神经网络。先前的细胞外记录证实IC神经元接受来自许多听觉核团的双耳或单耳、直接或间接、抑制或兴奋的投射,为IC的双耳信息的整合提供了生理学和解剖学基础。在IC双耳神经元中,有的神经元的双耳特性来源于下级双耳神经元的直接输入,输入来源相对单一,主要来源于对侧的上橄榄复合体(SOC);有的神经元的双耳特性则是在下丘内形成的,输入来源比较复杂,至今仍不完全清楚。先前我们通过在闭合声场条件下,下丘单细胞记录研究表明,双耳声反应是由对侧耳的声反应决定,而同侧主要起一定的增益调节作用,这种增益调节通常表现为抑制作用,且抑制作用的大小与同侧反应本身无关。那么下丘在对双耳信息整合过程中,同侧的抑制作用经由哪来?经过什么样的突触环路到达同侧下丘至今仍不清楚。本实验通过在不同的实验动物模型上,采用在体单细胞和在体全细胞的记录方法来研究ICC接受输入的突触环路,进而分析双耳信息整合环路。首先,在闭合声场条件下,共记录46个ICC神经元,通过对侧耳、同侧耳和双侧耳同时给不同频率和强度下的纯音发现,ICC神经元的双耳声反应是由对侧耳的反应决定,同侧耳给声也可以记录到声反应,但是双耳响应明显弱于对侧耳响应,说明同侧起到一定的抑制作用,并且抑制作用的大小与同侧耳响应的本身没有关系,这与我们前期文章的结果是一致。由于同侧耳起到抑制作用的大小与同侧响应本身无关,并且同侧耳响应的阈值通常比对侧耳响应的阈值高30dB。那么同侧耳的声反应从何而来?为解决这个问题,我们采用在开放声场条件下,封堵小鼠双耳的实验动物模型进行单细胞记录,双耳封闭模型是通过用棉球、软石蜡和橡皮泥把小鼠双侧耳朵封闭,在小鼠ICC进行单细胞记录,在双耳堵塞的条件下记录ICC神经元的感受野(RF),然后打开记录同侧耳的堵塞物,再次记录该神经元的RF,最后再打开记录对侧耳的堵塞物记录该神经元的RF,对记录到的11个声反应神经元分析发现,双耳封闭条件下ICC神经元声反应阈值普遍较高,均在50dB以上,RF较小,打开记录同侧耳的堵塞物后神经元反应的阈值和RF无明显变化,而打开对侧耳后神经元反应有明显变化,阈值有近30dB的降低,RF也明显变大,此外我们还通过麻醉一侧听神经进行单细胞记录,发现在双侧耳同时给声的情况下,用利多卡因(局麻药)麻醉一侧听神经后,对侧正在记录的ICC神经元动作电位完全消失,局麻药作用消失后动作电位恢复,说明另一侧耳不足以让其同侧ICC神经元产生兴奋。封堵双耳模型和麻醉一侧听神经的的结果表明在闭合声场条件下的同侧耳声反应可能是由于骨导作用引起。为了更好的研究同侧耳抑制作用的环路和排除骨导作用的影响,我们最终采用单侧耳蜗损毁的小鼠模型,在该模型的基础上对双侧IC进行单细胞记录,发现在耳蜗损毁的同侧(正常耳的对侧)很容易记录到声音反应神经元,在7只耳蜗损毁的模型上,在耳蜗损毁的同侧的ICC 一共封接了 105个细胞,其中对声响应的细胞数为70个,而没有声反应的细胞数为33个,与之完全不同的是在耳蜗损毁的对侧,在耳蜗损毁对侧的ICC,一共封接了 70个细胞,其中对声反应的细胞数是0个。单耳损毁结果表明,在耳蜗损毁的对侧ICC记录不到任何声反应神经元,进一步说明单独一侧耳是不能使其同侧ICC神经元产生动作电位。这与我们前期在闭合声场条件下同侧耳单独给声可以引起同侧ICC声反应结果不同。表明在闭合声场条件下同侧耳的声反应由骨导作用引起,由于同侧耳的抑制作用与同侧耳反应本身无关,那么同侧耳的抑制作用到底经过什么样的传递环路?由于在单细胞水平上耳蜗损毁对侧ICC无法记录到声反应神经元,所以需要通过在体全细胞记录的方法进行神经元突触水平上的研究。通过在体全细胞记录发现,在耳蜗损毁的对侧ICC可以记录到兴奋性突触后电流(EPSC)和抑制性突触后电流(IPSC),而在单细胞记录水平上,耳蜗损毁的对侧ICC记录不到声反应的动作电位,说明ICC接受同侧耳的阈下输入。由于同侧耳主要起抑制性作用,那么ICC接受其同侧耳抑制性输入的来源可能存在三种环路:1.来自低位核团直接上行的抑制性输入。2.经由对侧ICC而来的抑制输入。3.听皮层(AC)对同侧ICC的抑制性调控。对于1中的低位核团的直接上行投射,主要是来自于同侧LSO和双侧的DNLL,这在先前的研究己经比较清楚。而对于对侧ICC之间抑制性输入的环路至今仍不太清楚,尤其是突触环路。所以我们还是采用单侧耳蜗损毁的小鼠模型,在耳蜗损毁对侧ICC进行全细胞记录的同时,通过在耳蜗损毁的同侧(正常耳的对侧)ICC注射muscimol(一种GABAa受体的激动剂,可长时间静默神经元)失活该侧ICC,在这种给药方式下,在耳蜗损毁对侧共记录了 4个神经元,发现所记录到的IPSC和EPSC的幅度均出现不同程度的减少,但是IPSC幅度的减少比例EPSC幅度减少的比例更大。说明双侧ICC之间的确存在突触联系。由于对侧的阈下输入减小但并未完全消失,说明还有其它来源,除了由低位核团的直接投射外还可能存在AC的下行调控。所以我们选择静默一侧AC,来研究AC对ICC的调控作用。我们选择在耳蜗损毁的同侧ICC进行神经元记录,并用利多卡因静默该侧的AC,来研究AC对同侧ICC的调控。由于在耳蜗损毁的同侧(正常耳的对侧)可以记录到单细胞响应神经元,首先进行了单细胞记录,在单细胞水平上,我们一共记录了 8个ICC神经元,发现静默AC后的同侧ICC神经元的响应较给药前有明显的变化,RF变窄、总动作电位发放数减少等,说明AC对同侧ICC为兴奋性调控。然后我们通过在体全细胞记录的方法来研究AC对同侧ICC调控的突触机制,共记录了 12个ICC神经元,发现AC静默后同侧ICC所记录到的EPSC幅度明显减少,而IPSC的幅度变化不大。从我们现有的数据来看,AC对同侧的ICC为兴奋性调控,突触机制表现为AC对同侧ICC通过EPSC进行调控。综上所述,ICC双耳声反应由对侧决定,同侧主要起抑制作用,抑制作用的大小与同侧耳反应本身无关,在闭合声场条件下的同侧耳的声反应是由骨导作用引起。ICC接受同侧耳的抑制性阈下输入,而这种抑制性输入除了由低位核团直接输入外,还存在经由对侧ICC中转而来的抑制性输入,说明ICC就是双耳信息整合的部位,而这种兴奋对侧抑制同侧的投射关系从而增强了双耳间的差别,有助于声音的定位和声音的有效提取,此外,在声音传递过程中存在一定的骨导作用,而骨导传递是由于颅骨振动而引起,双侧声信息传递无任何差异,而同侧耳的这种抑制性作用机制可以增加双耳间的差分,有助于消除骨导所带来的不利影响。根据以上实验结果,得出以下结论:1.在闭合声场条件下同侧耳的声反应由骨导作用引起。2.同侧耳的抑制作用除了同侧低位核团的直接投射外,还有部分抑制性经由对侧IC而来,说明ICC就是双耳信息整合的部位。3.AC对同侧ICC为兴奋性调控。