小鼠下丘同側耳輸入在雙耳聽覺信息整合中的增益調節(jié)作用.pdf

1、人和動物的聽覺系統(tǒng)能夠從復雜的聲學環(huán)境中感知有意義的聲學信息而且能準確的判斷聲源方位，這與聽覺系統(tǒng)復雜的結構及通路密切相關，而且在這個過程中，腦對雙耳的聽覺信息的整合發(fā)揮了重要作用。當某一聲源處的聲音信息與人的相對位置不同時，到達兩側耳的聲音信息不同，經(jīng)過聽覺系統(tǒng)分析所產(chǎn)生的聽覺意識則不同。同一聲音信息經(jīng)過同側耳和對側耳到達聽覺中樞神經(jīng)元的通路不同，所產(chǎn)生的效果也不同。在聽覺中樞核團中，有的神經(jīng)元只接受來自一側下級神經(jīng)元的輸入，有的神經(jīng)

2、元則接受雙側下級神經(jīng)元的輸入，有的神經(jīng)元的上行輸入來源更為復雜，因此神經(jīng)元對聲音刺激的反應特性也復雜多樣。
　　 在聽覺中樞傳導通路核團中，存在許多雙耳神經(jīng)元。雙耳神經(jīng)元是指對雙耳刺激敏感的神經(jīng)元，它接受來自雙側的下級神經(jīng)元的輸入。聲音從外界通過外耳、中耳傳到內(nèi)耳后，在內(nèi)耳經(jīng)過初步分析后轉化為神經(jīng)沖動，經(jīng)聽神經(jīng)傳到耳蝸核(cochlear nucleus，CN)。耳蝸核神經(jīng)元可直接傳到對側下丘(inferior collicul

3、us，IC)，也可以直接投射到上橄欖復合體(superior olive complex，SOC)和外側丘系核(nuclei of lateral lemniscus，NLL)，然后再投射到下丘。耳蝸核神經(jīng)元不僅投射到同側聽覺核團，而且通過斜方體投射到對側的腦干聽覺核團。其中上橄欖復合體是上行聽覺系統(tǒng)中第一個整合雙耳聽覺信息的部位，包括外側上橄欖核(lateral superior olive，LSO)和內(nèi)側上橄欖核(medial su

4、perior olive，MSO)和斜方體內(nèi)側核，它接受來自同側和對側耳蝸核神經(jīng)元的投射。上橄欖復合體的神經(jīng)元再進一步投射到外側丘系核以及下丘。因此下丘及以上聽覺中樞(如內(nèi)側膝狀體、聽皮層)也具有雙耳整合功能。
　　 下丘是聽覺通路的一個重要的中繼站，它既接受來自低位腦干的上行投射，又接受來自下丘以上聽覺中樞的下行輸入，這些投射關系構成了IC復雜的輸入神經(jīng)網(wǎng)絡，現(xiàn)有的研究表明這些投射可以分為抑制性輸入和興奮性輸入。上行至下丘的通

5、路主要起源于耳蝸核、上橄欖復合體、外側丘系核，形成單耳和雙耳輸入通路。對許多動物的研究表明，AVCN、PVCN、DCN都投射到對側IC，為IC提供直接單耳輸入。上行到IC的雙耳輸入主要來源是雙耳整合核團，如MSO、LSO、DNLL。下行至下丘的投射主要來自皮層(auditory cortex，AC)、內(nèi)側膝狀體(medial geniculate body, MGB)和上丘(superior colliculus，SC)。下丘神經(jīng)元的這

6、種接受來自許多聽覺核團的直接或間接、單耳或雙耳、同側或對側的、抑制或興奮的投射，為下丘的雙耳信息整合提供了解剖學和生理學基礎。在下丘雙耳神經(jīng)元中，有的神經(jīng)元的雙耳特性來源于下級雙耳神經(jīng)元的直接輸入，輸入來源相對單一;有的神經(jīng)元的雙耳特性則是在下丘內(nèi)形成，輸入來源較為復雜。目前對于聽覺雙耳神經(jīng)元的研究已有很多，如雙耳神經(jīng)元的反應類型、雙耳神經(jīng)元的輸入來源以及環(huán)路等，已取得較大進展。
　　 本實驗主要是通過雙側、對側、同側三種給聲方

7、式(雙側、對側、同側均給予相同的聲音刺激)在小鼠下丘上記錄神經(jīng)元的雙耳反應，三種給聲方式隨機化，實驗后對所記錄神經(jīng)元的雙耳反應進行分類，并分析這三種給聲方式下反應間的相互關系，探討在雙耳反應中，對側、同側的輸入究竟起到什么樣的作用。
　　 結果在小鼠下丘中央核上共記錄到104個神經(jīng)元的雙耳反應。根據(jù)神經(jīng)元對雙側、對側、同側給聲后反應的感受野(receptive field，RF)的形態(tài)不同將所記錄神經(jīng)元的雙耳反應大致分為Type

8、1-Type6六種類型:其中Type1和Type2同側給聲沒有響應，Type1中的對側感受野RF比雙側RF弱，而Type2中的對側RF比雙側RF強;Type3和Type4同側給聲有響應但RF相對很弱，Type3中對側RF比雙側RF強(或相當)，而Type4中對側RF比雙側RF弱;Type5中同側、對側和雙側RF都相當;而Type6中同側RF和對側RF分離并且雙側RF表現(xiàn)為兩者RF之間的加和，在我們的結果中，前四種類型較多，第5種較少，而

9、第6種極為少見。我們以給聲后神經(jīng)元反應RF的特征頻率(characteristic frequency，CF)、最小閾值(minimum threshold，MT)、帶寬(bandwidth，BW)、動作電位發(fā)放數(shù)( spike count，SC)為指標，比較雙側、對側、同側反應的RF間的關系。結果經(jīng)分析后發(fā)現(xiàn)在所記錄神經(jīng)元的雙耳反應中，對側興奮、同側為抑制作用的神經(jīng)元占大多數(shù)。對同側與對側、對側與雙側RF間CF、MT、SC、BW參數(shù)的

10、比較后，發(fā)現(xiàn)同側與對側RF間除了CF無顯著差異外，在MT、SC、BW上均有顯著差異，且同側響應較對側響應差;而雙側與對側RF間除了SC有差異外，在MT、SC、BW上均無顯著差異，即雙側響應RF在形態(tài)上與對側RF較相似。而后對雙側反應的發(fā)放數(shù)與對側反應的發(fā)放數(shù)比較后發(fā)現(xiàn)，兩者成一定的線性關系，根據(jù)同側有無響應將所記錄的神經(jīng)元的雙耳響應分成兩組，計算雙側與對側發(fā)放數(shù)間的線性回歸系數(shù)，結果發(fā)現(xiàn)同側有響應組和無響應組的回歸系數(shù)均有一定的分布范圍

11、，不同神經(jīng)元的發(fā)放數(shù)回歸系數(shù)有差異性，結合前面分析比較的結果，我們得出下丘雙耳聽覺響應主要由對側耳輸入決定，同側的響應差異很大，由此我們認為同側耳輸入對這種發(fā)放數(shù)的回歸系數(shù)差異性起到調控作用。如果把這個回歸系數(shù)可以看作對側耳輸入響應與雙耳輸入響應的增益，顯然，這個增益的大小由同側耳輸入決定。所記錄的神經(jīng)元雙耳反應中，同側的響應復雜多樣，那么，同側增益的大小是否與同側響應區(qū)域的大小有關呢，我們將所有響應區(qū)域和去掉同側響應區(qū)域后的雙側與對側

12、發(fā)放數(shù)間的回歸系數(shù)進行比較，結果發(fā)現(xiàn)兩者無顯著差異，說明同側增益的大小與同側響應RF大小無關。實驗中我們采用的雙側、對側、同側給聲均是相同的聲音信息，在隨后改變同側聲強使雙耳具有一定的聲強差時記錄神經(jīng)元的雙耳響應，然后將其與雙耳給相同聲音信息的雙耳響應比較后發(fā)現(xiàn)，具有聲強差下的雙耳響應與給相同聲音的雙耳響應間對側與雙側發(fā)放數(shù)間的回歸系數(shù)無顯著差異，由此說明同側的增益與聲音信息無關，是神經(jīng)元所固有的一種作用。據(jù)此，本實驗得出結論:下丘雙耳