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非洲电鱼Mormyrid小脑瓣膜部的神经元环路及基本电学特征

非洲电鱼Mormyrid小脑瓣膜部的神经元环路及基本电学特征

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作者：史志刚山西医科大学

学位级别：硕士

Mormyrid是产于非洲的一种淡水鱼,其尾部的电器官持续发放数伏强度的电脉冲,用以探测周围环境,并和同类交流;与其形体相比,Mormyrid具有体积巨大的小脑、尤其是其小脑瓣膜部覆盖全脑的背面和侧面,与哺乳动物的新皮层相似,因而受到很多... 详细信息

Mormyrid是产于非洲的一种淡水鱼,其尾部的电器官持续发放数伏强度的电脉冲,用以探测周围环境,并和同类交流;与其形体相比,Mormyrid具有体积巨大的小脑、尤其是其小脑瓣膜部覆盖全脑的背面和侧面,与哺乳动物的新皮层相似,因而受到很多生物学家和神经科学家的注意。这一小脑的特殊区域结构独特,由宽约300微米,高约500～800微米,长约1米的嵴左右折叠而成。在嵴的任何一点,其横切面的组织结构都十分相似,中间是两排竖立的胞体层,两侧各附一分子层含细胞树突和平行纤维;基部是颗粒层,含颗粒细胞和苔状纤维。早期的观察表明,此瓣膜部参与mormyrid的电感受过程。Nieuwenhuys与Nicholson曾用Golgi染色法对瓣膜部神经元基本形态特征进行了观察。本课题采用细胞内记录和单细胞标记方法,先记录其电活动特征,再对其进行形态鉴定,以期明确该结构的局部神经元功能环路和基本电学特征,为深入研究这一结构的功能意义和突触活动可塑性奠定基础。实验在离体的Mormyrid脑片进行,用全细胞膜片钳纪录神经元电活动结束后经同一电极向胞内注射生物素或神经生物素来显示单个细胞的形态;实验还通过细胞外注射生物素化葡聚糖胺逆行标记平行纤维和颗粒细胞,用ABC法和荧光染色法显示所标记的神经元和神经纤维。实验中观察到的瓣膜部的主要神经元,包括Purkinje细胞,基底部传出细胞,Ⅱ型传出细胞,垂直细胞,星形细胞和Golgi细胞。这些细胞和平行纤维、攀纤维的形态和电生理特征如下:Purkinje细胞这类细胞的胞体约为5～15μm,位于胞体层。其树突具有特征性的栅栏状结构,呈水平分布,其胞体和树突树从吻侧至尾侧显著减小(吻部164～269μm;尾部41～72μm)。树突上满布小棘,和平行纤维接触,形成突触结构。轴突发自胞体,轴突及其分支均位于胞体层,也呈水平分布,在此平面上的分布范围为129±40微米,投射范围不超过皮质层。轴突的投射方向无选择性。除了过往性和末梢终扣外,在轴突的起始段还分布有一些棘样突起。瓣膜部的Purkinje细胞在胞内注射去极化电流时,可诱发动作电位。在电压钳状态下记录到两种与该动作电位相关的电流:持续时间较短的内向电流和长时程内向电流;在电流钳状态下只显示一种持续时间较长的动作电位。刺激平行纤维时,可在Purkinje细胞诱发出随刺激强度而逐渐增强的兴奋性突触后电位或电流,刺激攀纤维则能诱发出波幅较大的全或无式的兴奋性突触后电位或电流。基底部传出细胞这类细胞的胞体大,直径约10～20μm,位于瓣膜嵴的基底部胞体层与颗粒层的交界面,并在瓣膜嵴的一侧排列成行。它们的树突光滑,有间断性膨体,树突树在横切面与水平切面的分布范围分别为158±26μm和120±17μm;轴突较粗,无侧枝,加入基底束后水平投射至瓣膜部以外。胞内注射去极化电流时,能诱发出伴有后超极化的典型动作电位,刺激平行纤维可诱发兴奋性突触后电位或电流。Ⅱ型传出细胞这类细胞的胞体(直径10～15μm)散布于胞体层。它们的树突同基底部传出细胞相似,无棘,有膨体,在水平切面与横切面上延伸。主要的形态特征是轴突有长而粗的传出支和细而长短不一的局部侧支。电生理学特性与基底部传出细胞相似,胞内注射去极化电流可诱发出典型动作电位,平行纤维刺激可诱发兴奋性突触后电位。星形细胞星形细胞的树突同样分布于分子层,胞体(直径6～8μm)位于深部分子层或胞体层,轴突在分子层与胞体层均有大量分支,部分分支在横切面内走行,向瓣膜嵴的顶端或基底部投射。胞内注射去极化电流可诱发出典型的动作电位。垂直细胞其树突树横跨整个瓣膜嵴,轴突向下进入基底束。胞内注射去极化电流诱发典型动作电位。Golgi细胞和Golgi样细胞均有树突在分子层呈纵行分布。Golgi细胞轴突分布于颗粒层;Golgi样细胞轴突分支延伸至胞体层。两种细胞的电生理反应相近,胞内去极化均诱发短时程动作电位,刺激平行纤维诱发兴奋性突触后电位。平行纤维颗粒细胞的轴突在横切面上向上投射,在分子层内被称为平行纤维,无分支,横向贯穿整个分子层。平行纤维上有间隔较为规律的终扣,和Purkinje细胞、传出细胞、星形细胞、以及Golgi细胞的树突形成突触联系。分子层内的平行纤维互不交叉。颗粒细胞接受外周苔纤维的传入。攀纤维攀纤维起源于脑干腹侧的下橄榄核,在瓣膜部水平分布于胞体层,其走向与平行纤维成直角,末梢处的终扣呈簇状分布,仅于Purkinje细胞的胞体和近端树突形成突触联系。小结:***细胞的树突树和轴突均呈水平分布,轴突投射方向无选择性;***细胞树突树与胞体由吻侧至尾侧呈显著减小趋势;3.基底部传出细胞和Ⅱ型传出细胞均为

关键词：蒲肯野细胞脑片膜片钳小脑瓣膜部弱电鱼mormyrid 细胞内标记

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