乌拉坦和氯胺酮麻醉条件下大鼠初级听皮层听觉神经元纯音反应特性的比较
作者单位：南方医科大学
学位级别：硕士
导师姓名：肖中举
授予年度：2013年
学科分类：0710[理学-生物学] 07[理学] 071006[理学-神经生物学]
摘 要：大脑初级听皮层(primary auditory cortex, A1)是听觉信息处理的高级中枢,它接受自内侧膝状体(the medial geniculate body, MGB)神经元的特异性投射,对到达大脑皮层的听觉信息进行初步加工和处理,并表现出一定频率拓扑分布。这一拓扑结构起源于耳蜗对音频的部位分析特性,即耳蜗底部响应低频而顶部响应高频的拓扑特征,并在听觉特异性传导通路中高度保留。大鼠A1区的音频拓扑表现为尾端响应低频信号,头端响应高频信号。A1区听觉神经元的频率选择性是其接收的丘脑兴奋性投射及皮层内环路抑制性信号整合的结果。旁抑制的存在可能限制了兴奋性输入,侧向锐化(lateral sharpening)了神经元的频率调谐,使得神经元表现出精确的频率响应特征。 麻醉是进行在体动物实验的常用手段。它可以使得实验动物处于相对稳定的状态便于执行各种操作,然而不可避免会对研究对象的功能状态和反应过程产生一定影响。临床影像学研究表明,麻醉剂能减弱血氧水平依赖的听觉皮层活动,并且呈现出一定的剂量依赖性。电生理实验也证实,麻醉改变了听觉神经元的反应状态。我们在前期实验中也发现,乌拉坦麻醉条件下,大鼠A1区单神经元对纯音声刺激的反应表现出相当大的差异,其声反应类型和声反应特征都表现出复杂性和多样性。这使得我们在理解和分析听皮层单神经元的基本活动特性过程中产生了很大困扰。因此,衡量和判断麻醉的影响及其机制是听觉系统研究中必须注意的问题。 听觉实验中常用的麻醉剂有戊巴比妥钠、乌拉坦(氨基甲酸乙酯)及氯胺酮等。研究证实,戊巴比妥钠主要作用于大脑皮质和网状结构的γ-氨基丁酸A型(γ-aminobutyric acid type A, GABAA)受体,产生超极化,显著降低了皮层神经元的兴奋性,使得部分听觉响应神经元的反应类型发生变化,如频率响应范围变小或偏移,表现出较一致的“V型声音感受野及给声起始型(on-set)反应,影响实验结果的真实性,因此本实验未采用戊巴比妥钠作为研究听觉皮层的常规麻醉药。氯胺酮是一类常用的镇痛药,主要作用于天门冬氨酸(noncompetitive N-methyl-d-aspartate, NMDA)受体,对烟碱型胆碱能(nicotinic acetylcholine, nAch)受体和五羟色胺(5-hydroxyptamine,5-HT3)受体也有一定作用,阻断丘脑皮层束对痛觉的传导,同时兴奋边缘系统,产生分离性麻醉的效果,其特点为显著地镇痛作用、较浅的镇静作用和明显的肌紧张作用,多与甲苯噻嗪联合麻醉。氯胺酮对抑制性电流影响较小,听皮层脑片研究证实氯胺酮还可抑制非NMDA型谷氨酸受体介导的兴奋性电流。但氯胺酮在动物体内代谢速率过快,实验中必须定时给予补充剂量以维持麻醉,不利于在体细胞贴附式记录的长时间进行。乌拉坦麻醉效果相对较稳定,麻醉维持时间长,对动物的呼吸几乎无明显抑制,比较适合用作时程较长实验的基础麻醉剂。乌拉坦作用机制复杂,离体脑片实验研究显示乌拉坦呈剂量依赖性使GABAA受体和甘氨酸受体介导的抑制性电流增加而兴奋性电流降低,表明乌拉坦对神经元的兴奋性和抑制性输入均双向效应,必然影响到突触后神经元的信息整合与输出,但这一效应在视皮层脑片并未得到证实。下丘听觉神经元的细胞外记录显示戊巴比妥钠、氯胺酮和乌拉坦这三种麻醉剂对神经元的自发放水平、声反应延时及反应类型均表现出差异性影响。关于不同麻醉药对初级听皮层听觉神经元声反应特性的影响未见报道。 本实验选取Sprague-Dawley (SD)雌性大鼠作为实验对象,分别用乌拉坦(urethane)和氯胺酮-甲苯噻嗪组剂(ketamine-xylazine, K-X)作为基础麻醉剂,选取短纯音作为刺激条件,用在体细胞贴附式记录的方式记录大鼠初级听皮层单神经元对纯音刺激的反应特征,提取神经元的自发放水平(spontaneous rate)、声诱发动作电位潜伏期(response latency)、最小阈强度(minimum threshold, MT)、特征频率(characteristic frequency, CF)以及相应声强下的频率带宽(bandwidth, BW),绘制该神经元的纯音感受野(tonal receptive field, TRF)、频率-强度调谐曲线(frequency-intensity tuning curve)及刺激后时间直方图(post-stimulus time histograms, PSTHs),分析两种麻醉剂对A1区听神经元声反应特性的影响,分析比较两种麻醉剂对初级听皮层单个听觉神经元的声音编码机制的影响,从而为听觉电生理实验中动物麻醉条件的选择提供一定的依据。 实验在A1区共记录到117个听觉响
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