（动物学专业论文）刺激呈现率影响小鼠下丘神经元的声反应特性.pdf

摘要 声音的时相特征在声音的识别和分类中起关键作用，其中时程、脉冲重复率等 是重要的参数。在各级听觉中枢的研究都表明，听觉相关的高级神经活动以及听觉 神经元的反应特性与声刺激负载有重要相关性。声刺激的呈现率( s t i m u i u s d r c s e n t a t i o nr a t e ，p r ) 能衰征单位时间肉动物所接受声刺激的能量和信息量。本研 究在自由声场条件下，以所记录神经元的特征频率( c h a r a c t e r i z m gf r e q u e n c y ，c f ) 作为声刺激的频率，强度为最小阈僵( m i n i i i l a “h r e s h 0 1 d ，m t ) 以上5 、1 5 、2 5 、3 5 、 4 5d bs p l 时程为1 0 、4 0 及1 0 0m s 的纯音短声作为刺激，并改变刺激p r ( 0 5 。 1 ，2 ，3 3 ，5 ，6 7 ，1 0 ，2 0 次秒) ，记录了戊巴比妥钠( p e n t o b a r b i t a l ) 麻醉昆明 小鼠( 胁坫“j c “m s 砌1 ) 的下丘( i n f e r i o rc o l l i c u l u s ，i c ) 神经元的反应，以初步探 明p r 对小鼠i c 神经元反应的影响以及i c 神经元的反应跟随声刺激呈现的能力受 声刺激强度及时程的影编。 研究共用1 1 只健康且听力正常的成年小鼠，雌雄不拘，记录到j c 神经元1 7 6 个，结果发现：在短声强度为m t 以上5d b s p l 、时程为4 0 m s 时，随p r 的增高， 1 ) 绝大多数神经元( 8 7 3 ，1 0 3 1 1 8 ) 的脉冲发放数单调下降，少数( 1 2 7 ，1 5 1 1 8 ) 神经元的脉冲发放数呈非单调变化，脉冲发放数与p r 之间有显著相关性；2 ) 部分 神经元( 1 7 8 ，2 1 1 1 8 ) 的发放模式发生改变，主要是由紧张型或相位爆发型向相 位型转变；3 ) 将脉冲发放数减小到在实验所用p r 范围内具最大发放数一半时的p r 定义为临界呈现率( 嘶t i c 8 lp r c s e n t a t i o nr a t e ，c p r ) ，将神经元所能发生反应的最大 p r 定义为最大呈现率( m a x i m a lp f c s e n t a t i o nr a t e ，m r p ) ，其c p r 及m r p 低于3 3 h z 的神经元分别超过7 0 ( 7 5 4 ，8 9 1 1 8 ) 和4 0 ( 4 4 9 ，5 3 1 1 8 ) ；4 ) 在各种 短声刺激p r 和强度下，反应的脉冲发放数随短声时程的延长有递增、递减、非单 调变化等不同趋势；5 ) 随短声时程的延长，具低c p r 和低m p r ( 0 5 3 1 3h z ) 的 神经元比例增高，具高c p r 和高m p r ( 6 7h z ) 的神经元的比例降低：6 ) 在各 种短声刺激p r 和时程下。多数神经元的脉冲发放随短声强度的增高而增强； 7 ) 随短声强度的增高，具低c p r 和低m r p 的神经元的比例降低，具高c p r 和高m r p 的神经元的比例增高，但在各强度下具低c p r 的神经元都占相当比例( 3 8 5 9 0 ) 。 该结果表明，即使在低p r 范围内小鼠i c 神经元反应特性与p r 密切相关， 研究听觉神经元时声刺激的p r 对反应的影响不能忽视；增高短声刺激的强度，可 提高绝大多数小鼠i c 神经元的声反应跟随力；短声时程对小鼠i c 神经元的p r 跟 随能力的影响是复杂的，缩短短声时程通常可使小鼠1 c 神经元的声反应跟随力增 强；听觉中枢神经元表征高脉冲密度的声信息时，声脉冲时程适当缩短、声强增大 通常是有利的，也有助于汇聚多个神经元的信息进行高级神经处理。不同p r 下小 鼠i c 神经元接受的兴奋性及抑制性输入的相互关系以及细胞膜的状态发生变化是 p r 影响神经元反应的可能原因；i c 神经元受p r 影响的不同可能反映了它们的编 码功能和机制的差别；声刺激的p r 及时程、强度如何相互关联对听觉神经元的反 应产生影响及其机制也需进一步研究。 关键词：刺激呈现率；小鼠下丘神经元；声反应；跟随力；时程；强度 硕士学位论文 m a s t e r s t h e s i s a b s t r a c t p f e s e n t a t i o nn t eo fs o u n ds t i m u l a t i o n s ( p r ) i st h ep a r a m e t e rr e p r e s e n t i n gt h ee n e 唱y a n di n f o m a t i o nr e c e i v e db ya i m a l si nl i m i t e dt i m e i no u re x p e r i m e n t ， t os t u d yt h e e f f e do fp ro nt h es o u n dr e s p o n s ep r o p e n i e so fm o u s ei n f e r i o rc o u i c u l a f ( i c ) n e u r o n s 柚dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h en e u r o n s a b i l i t yt of o l l o ws o u n dp r e s e n t a t i o n sa dt h e d u m t j o na sw e l la si n t e n s i t yo ft h es o u n d s ，t h et o n e sw i t hd i f f c r e n td u r a t i o n s ( 1 0 、4 0a n d 1 0 0m s ) 、i n t e n s i t i e s ( 5 ，1 5 ，2 5 ，3 5 ，a i l d4 5d bs p la b o v em i n i i a lt h r e s h o l d ) a t c h 甜a d e f i s t j c 矗e q u e n c y ( c f ) o fr e c o t d e d n e u r o n sw e t ep r e s e n t e dt o p e n t o b a r b i t a l 柚e s t h e t i z e dm i c e ( m 淞m “s c “如，k m ，a td i f f e r e n tp r ( 0 5 ，1 ，2 ，3 3 ，5 ，7 ，1 0 ，a n d2 0h z ) u n d e r 丘e ef i e l ds t i m u l a t i o nc o n d j t i o n s 1 1h e a i t h ya d u l tm i c e ( m a l eo rf e m a l e ) w i t hn a t u r a lh e a d n gw e r eu s e df o rt h i ss t u d y 蛆dat o t a lo f1 7 6i cn e l l r o n sw e r er e c o r d e d t h ep ra tw h i c ht h er c s p o n s ec h a n g e dt o 5 0 i np r - n o n n a l j z e di c s p o n s ef u l l d i o nw a sd e f i n e da sc i i t i c a lp r c s e m a t i o nr a t e ( c p r ) ， a n dt h ep ra 童w h i c ht h en e u r o n ss t o p p e df i r i gw a sd e f m e da sm a ) 【i m a lp r e s e n t a t i o n f a t e ( m p r ) 髓er e s u n sw 。f ea s “l o w s ：i ) w h t h ei n t c n s i t yo f 也c s t i m u l a t i o n sw a s 5d bs p la b o v em ta n d 山ed u r a t i o nw a s4 0m s ，w i mt h ep ri n c r e a s i n 舀t h es o u n d r e s p o 璐ep r o p e r t i e so fm o s tr e c o r d e dn e u r o n sw e r ed r a m a t i c a l l yi n n u e n c e db yc h a n 西n g t h ep re v e nw n h i nl o wp rr a n g e ( 3 3h z ) t h ef i r i n gr a t eo ft h em a j o r j t yo fn e u r o n s ( 8 7 3 ，1 0 3 1 1 8 ) m o n o t o n i c a l l yd e c r e a s e dw i t ht h ep ri n c r c a s i n 吕w h e r e a si nas m a l l e r 如c t i o no fn e u m n s ( 1 2 7 ，1 5 1 1 8 ) i tn o n m o n o t o n i c a l l yv 捌e d n e r cw a ss i g n i f ：i c a n t c o r r e l a t i o nb e t 、v e e nt h ef i r i n gr a t ea n dl h ep r 俨 0 0 1 ) 2 ) n l ed i s c h a r g cp a t t e 邝si n p a r to fn e u 枷s ( 1 7 8 ，2 1 1 1 8 ) w e r et 啪s f o m e dw i t ht h ep ra l t e | a t i o n m a n yt o n i c r e s p o n d e r ( 1 ) a n dp h a s i c b u i s tr e s p o n d e r ( p b ) w e r ec h a n g e di n t ot h ep h a s i cr e s p o n d e r ( p ) 3 ) t h et o t a ln u m b e ro fn e u r o n sw i t hc p ra n dm p rl o w e ft h a n3 3h zw e r em o r e 血强7 0 ( 7 5 4 ，8 9 1 1 8 ) a n d4 0 ( 4 4 9 ，5 3 1 1 8 ) ，r e s p e c t i v e l y 4 ) w i t ht h ed u r a t j o n p i o l o n g i n g ，t h ef i r i n gf a t e so ft h en e u r o n sc h a n g e di nd j f f b r e n p a t t e m s ( i n c f e a s i n g ， d e c r c a s i n g ，a n dn o n - m o n o t o n i c ) t 1 1 ep r o p o n i o no fn e u r o n sw i t hl o wc p ra n dm p r ( r a i l g e df r o mo 5i o3 3h z ) i n c r e a s e d ，a 玎dt h ep r o p o r t j o no fn e u r o n sw i t hh i g hc p ra n d m p r ( h i g h e rt h a n6 7h z ) d e c r e a s e d ，5 ) w i t ht h es t i m u l u si n t e n s i t yi n c r e a s i n g ，t h e 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s f i r i n gr a t eo ft l l em a j o r i t yo ft h en e u r o n si n c r c a s e d ， 6 ) w i t l ii h es t i m u l u si n t e n s n y i n c 玎；a s j n g ，t h ep r o p o n i o no fn e u r o n sw i t l ll o wc p ra n dl o w i 砰rd e c r e a s e d ，w h i l et h e p m p o r t i o no fn e u r o n sw i l hh i g hc p ra n dh i g hm p ri n c r e a s e d t 1 l en e u r o n sw i t hl o w c p rt o o kai m p o n a n tp a n ( 3 8 5 9 0 ) a h e s ei n t e n s j t y t h er c s u l t ss u g g e s t st h a tt h es o u n dr e s p o n s ep r 叩e n i e so fi cn e u m n sa r ec l o s e l y c o h e l a t c dt 0t h ep ro fs o u n ds t i m u l a t i o ne v e ni nr d a t i v e l yl o wp rr a n g e n ee 低do f t h ep r0 ns o u n dr e s p o s ep r o p e n j e so fa u d i t o r yn e u r o n sc o u l dn o t b eo v e r l 0 0 k e di n h e a r i n gs t u d j e s i n c r e a s i n gi n t e n s i t yo fs o u n ds t i m u l a t j o n sc o u l de n h a n c et h ea b i l i t yt o f o l l o wt h es o u n dp r e s e m a t i o n so f t h em o s ti cn e 呦n s t h ee f f c c to fs o u n d “r a t j o no n 也e a b i l i t yw a sv 捌0 u s s h o r t e n i n gi h ed u r a t j o nu s u a l l yc o u l de n h a n c et h ea b i m y p r o p 翻ys h o 矗c n i n g 也ed n 姥t i o na n di i l c r e a s i n gt l ei n t e n s i t yo f h es o u n dg c 玎e r a l l y f a v o r c dt h ei cn e u r o n st op o o lm o r ei n f o 彻a t i o nf o rn e u r a lp m c e s s i n ga n dt or e p r e s e n t s o u n di i i f 0 棚a t i o n t h ep r s e f f e c to nr e s p o n s eo ft h ei cn e u r o n sm a yb e m a i n l y a s c f i b e dt ot h en e u r o n s e x c i t a b i l i t ya n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ni 【山i b “o r yi n p u ta n d e x c i t a t o i yi n p u to n t om el cn c u r o s n ed i f f e r c n c eo ft l l ee c to fp ro nd i f f c r e n t n e 砒。越m a y b er e n e c t e d 血en e u r o s d i v e r s ec o d i n gm e c h a n i s m sa n df i i n c t j o n h o wp r ， i i l t c n s i t y ，越l dd u r a t i o no fs o u n ds t i i i l u l a t i o n sj o i n t l ya f f 曲tt l l er e s p o n s eo fa u d i t o r y n 挂f ( m ss h m l l db ef l l i t h e rs t u d i e d k e y w o r d s ：p r e s e n t a t i o nr a t e so fs t i m u l a t i o n ；m o u s ei f e r i o rc o l l i c u l a rn e u m n s ； s o u n d r e s p o n s ep r o p e n i e s ；a b i u t yt of o l l o ws o u n dp f e s e n t a t j o n s ； d u r a t b n ； i n t e n s i t y 确士学住论文 m a s t e r s t h e s i s 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名： 封童嘻 日期：如年占月2 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名：习双喜 日期：二硝年6 月f 2 日 导师签名 日期：加莎年g 月厂2 日 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的 学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程”中的 规定享受相关权益。圃重途塞逞銮卮堂屋! 旦主生；旦二生；旦三生筮查! 作者签名：囱双喜 日期：矽“年6 月，岫 导师签名 日期：弘邶年月，2 日 1 、引言 声音的时相特征( t e m p o r a lf e a t u t e ) 在声音的识别和分类中起关键作用，其中 声音的时程( d u r a t i o n ) 、脉冲重复率( p u l s er e p e t i t i o nr a t e ，p r r ) 等是重要的参数， 与声音承载的能量相关，听觉系统对这些参数的处理一直在听觉机制的研究中备受 关注，目前已经取得了许多令人瞩目的成就。声刺激的呈现率( p r e s e n t a t i o nr a t e ， p r ) 即单位时间的给声刺激次数能反映单位时间内听觉系统接受声刺激的能量和信 息量。前人的研究结果证明在生理和病理条件下语言处理等脑的高级活动与声信息 p r 相关联【1 ，2 1 。而目前关于在神经元水平处理p r 信息的报道甚少。 自然声境( a u d i t o ys c c n e ) 中，声信号的p r 变化往往同时伴随时程和强度的协 同改变，如大棕蝠( 邱f 鼬c 螂向s c “5 ) 所发出的超声信号，当重复率升高时，信号的 时程缩短1 3 l ；人在发声时，通常密度高的音节其时程短、声强高。神经元的声反应 特性，与声刺激的强度、时程密切相关。声刺激影响到神经元对后继声刺激的反应， 这种影响与声刺激的强度、时程也是密切相关的。显然，声时程和声强度是影响下 丘( i n f e r o rc o l l i c u l u s ，i c ) 神经元声刺激跟随力的重要因素。 1 。1 信息处理负载对听觉相关的脑的高级活动的影响 在人类中观察到的听觉脑干反应( a u d i t o r yb r a i n s t e mr c s p o n s e s ，a b r ) 的年龄相 关变化可反映听觉系统外周或中枢发生的病变或缺失。b a c k o 圩和c a s p a r y 【4 j 分别 给年幼( 3 6 个月) 和年老( 2 0 2 3 个月) f i s c h e r3 “大鼠以强度为闽上o l o od b 和呈现率为5 、1 0 、2 0 和4 0h z 的短声刺激，记录单耳听阂和标准a b r 形态，发 现与年幼动物相比，年老动物的a b r 短声听觉闽值提高；提高p r 时，年老鼠的波 4 和波5 的潜伏期延长，而波l 隔下降；在各个强度和p r 下，老年鼠的波峰幅度都 下降。这些发现表明在老年大鼠中听觉处理发生改变，跟随声脉冲p r 的能力下降。 事件相关脑电位( e v e n t - r e l a t e dp o t c n t i a l ，e r p ) 中有三个重要成分1 5 j = m m n ( m j s m a t c hn e g a t i v i t y ，失匹配负波) ，出现在刺激开始后1 0 0 2 5 0m s ，在额前电 极位置记录到，通常认为能反映在注意之前感知系统的变化；当在标准和偏离刺激 间的生理差异超过一定限度时，m m n 后跟随的p 3 a 波大约在刺激开始后3 0 0m s 时 出现，也在额前电极位置记录到，它可能反映了对异常的或意外事件的注意的开启， 可能在导致对环境变化的有意识的识别过程中具有指示作用；r o n ( r c o r i e n t i n g n e g a t i 、，i t y ，重定向负波) 在偏离刺激开始后5 0 0 6 0 0m s 时出现，反映了转向任务 相关信息的中枢注意过程( 即维持任务相关信息的中枢注意过程) 。e “c h 和i s t v a n 【6 l 给受试者( 健康人) 分别以不同呈现率( 2 5 和o 2 5h z ) 给出具有强度或时程偏 离的纯音短声刺激，记录e r p ，发现在低呈现率下m m n 的潜伏期延长，而且对时 程偏离的影响比对强度偏离的影响大；较大的时程或强度的偏离引起较早的偏离探 测；m m n 的幅度不受刺激间隔i s i ( i n t e 卜s t i m u l u si n t e a l ，l s i ) 变化的影响；这意 味着低的p r 延长了注意改变所需要的时间，大的变化可引起早的注意。u n e 等人 给受试者以不同p r ( o 3 3 2h z ) 播放短时程( 2 0 0m s ) 和长时程( 4 0 0m s ) 的纯 音短声，在短声系列中插入频率大于或小于标准频率( 1 0 0 0h z ) 的短声( 1 1 0 0h z 及1 0 0 h z ，长、短时程的短声数目相同，称为偏离刺激) ，让其分辨短声的长短并 记录脑电图【5 l 。结果发现无论是在组阀以不同呈现率给声，还是对同一组受试者以 不同呈现率给声，在低呈现率下受试者出错率都明显低于高呈现率时的呈现率；对 偏离刺激的反应时间总大于对标准刺激的反应时间。 t a l l a l 等【7 】给诵读困难儿童两个任务( 区分和关联所听到的单词) ，结果发现 与正常儿童相比，当单词被快速( 声音间隔3 0 0m s 或更短) 给出时，诵读困难儿童 完成任务的能力被明显削弱。在另外的一种实验中，受试者被要求听两个连续的声 刺激系列，判断所听到的是两个还是一个系列；当刺激被快速给出时，与健康人或 右侧半脑损伤的病人相比，左侧脑具贯通伤或者具血管损伤的病人的辨别阈值提高 嘲。给受试者两个连续短声系列( 一个规则而另一个不规则) ，要求其判断哪个系列 先出现，对健康人进行的研究发现，在系列间隔( i t e ro n s e tj n t e r v a l ，i o i ) 由3 0 0m s 增至1 0 0 0 m s 的过程中，辨别阈延长，而i o i 小于3 0 0 m s 时，敏感性降低。这表明 健康人的不等时感知( a i i i s o c h i o n yp e r c e p t i o n ) 被呈现率速度影响吼当i o i 为8 0m s 时，左侧半脑损伤的病人比正常人和右侧半脑损伤的病人的辨别阈值明显要高。用 相似的方法让脑损病人判断以不同呈现率给出的两个具不同频率的纯音短声系列 的出现顺序，结果发现在感知快速的听觉刺激时左侧脑损伤的失语病人比具右脑损 伤的非失语病人或正常人具有更高的辨别阂值，即处理快速的声刺激的能力要低一 些【8 】。 蹦c e 等【9 】使用正电子发射成像技术( p o s i t r o ne m i s s i o n t o m o 舻a p h y ，p e t ) 测 定局部脑血流( r e 卫i o n a lc e r e b r a lb l o o df l o w ，f c b f ，能反映神经网络局部突触活动) ， 在初级听皮层( p r i m a r ya u d i t o r yc o r t e x ，p a c ) 和颞上回( s u p e r i o r i e m p o r a lg y r u s ) 的中央区，血流反应和所听到的单词的p r ( 1 0 至9 0 w o r dp e r m i n u t e ，w p m ) 成线 性关系，然而在左侧的颞上回后部( 即w j r i l i c k e 氏区) 的血流反应与p r 无关。该 2 研究首次揭示初级听皮层作为能如实反映声信号的时相模式的输出器给功能特化 结构_ w e m i c k e 氏区提供输入，表明初级昕皮层与复杂声信号的早期处理相关而 w j m j c k e 氏区与理解所听到的单词相关。b i n d e r 等播放给5 个健康正常的受试 者以不同p r ( o 1 7 至2 5h z ) 的语音音节，用功能性磁共振成像技术( f u n c t i o n a l m a g i l e t i cr e s o n a n c ei i l l a 西n g ，f m r i ) 探测脑组织神经活动的变化，所有的受试者均 表现出双侧颞上回的m r i 信号随刺激p r 的增加而单调非线性的方式增强，反应 一p r 关系在左、右半脑间是基本相同的。p r i c e 等进一步用p e t 技术的实验研 究总结到，与刺激分析和反应发生相关的脑区活动随感觉负载的增加而上升，而与 单词处理相关的脑区的活动下降：当后纺锤状回( p o s t e r i o r f i l s i f o i mg y r u s ) 被感觉 负载强烈的影响的同时，语言回的活动与刺激率和时程是独立的；b n c h e l 等l l2 j 将 一个从发生脑梗塞( 主要在左傩颞叶) 后严重失语、有完整颞上回的病人及一个正 常人作为实验对象测定r c b f ，受试者被要求听p r 为0 9 0w 口m 的单词，病人的皮 层的听旁区( 主要为右侧的s v l v i a n 旁区和部分颥上回) 的r c b f 与单词的p r 成线 性关系，在9 0w p m 最大，在5 0w p m 左右次大，但在左侧额区的r c b f 与单词p r 没有线性关系( 为随呈现率的增高先增大后减小的倒u 形关系) ，在4 5w d m 处最 大；正常人的右侧颞区的反应相似；在左侧海马，正常人的r c b f 与单词成倒u 形 关系，最大值在约为5 5w 肿时，而在病人中r c b f 随单词p r 增高而递减。d h a l l k h a r 等【”】用f m 魁技术的研究也表明，正常人初级和次级听皮层后上部中的总激活体积 以及整合的信号反应随p r 的增高而增高，在9 0w p m 时达到最大，在1 3 0w p m 时 下降；在两半脑的对应脑区之间的信号反应没有显著的差异性。t 柚a k a 等1 2 】也用研 究证明，当给受试者呈现的纯音p r 从0 5h z 升高到2 0 h z 时，p r 为5 h z 时的反 应最大。g e n a i nr e e s 等人1 1 4 j 指出用p e t 和f m r i 反应的脑区活动量的变化是有区 别的，p e t 技术反映在初级听皮层初级听皮层的r c b f 与单词p r 成线性关系，f m r i 研究表明初级听皮层的反应与单词的p r 高度非线性，具有饱和效应，这其间的差 别在于依赖血氧水平对照( b l o o do x y g e n a t i o nl e v dd e p e n d e n tc o n t r a s t ，b o u ) c o n t r a s t ) 结果的非线性可能代表去氧血红素浓度的非线性，当刺激p r 提高到一定 程度之后，去氧血红素浓度先达到最大，因此在高p r 下，f m r i 对刺激呈现率的相 对变化敏感度要低一些。 脑成像技术也表明，脑的与昕觉相关的更高级活动也与刺激p r 相关。提高听 觉单词p r ( 0 1 0 0w p m ) ，以p e r 测定受试者的局部脑血流，发现双侧额区表现 出类别区分反应( c a t e g o r i c a l r e s p o n s e ) 与单词p r 无关( 表明该区在建立认知 颀士学住论文 m a s t e r st h e s i s 比如注意中的起到作用) ；在双侧颞叶的后区活动程度与单词p r 的提高成线 性关系；后部听相关皮层( 听皮层旁区) 与单词p r 不呈线性关系【1 5 l 。 1 2 声信号密度与听觉中枢神经元的反应 对豚鼠的研究表明1 1 6 j ，单根听神经和部分单个耳蜗核神经元可对较低的声脉冲 重复率有好的跟随能力，刺激和反应问有较好的锁相关系，而在高重复率条件下反 应不能很好地反应声刺激的时相特征，而耳蜗核的一些部位的神经元在低的刺激重 复率下也不能反应声刺激的时相特征。过高的重复率意味着单个刺激脉冲间间隔小 于神经元反应的恢复期，对开始的脉冲有反应，对后继的一些脉冲不能反应。 脊椎动物中脑神经元作为声音的“特征探测器”，具有复杂的在上行感觉通路 的早期延髓阶段没有出现的反应特性【1 7 】。鱼类和两栖类中脑的半规隆凸( t o n l s s e m i c i r c u l a r i s ，t s ) 是哺乳类和鸟类中脑i c 的同源结构。长颌鱼p 0 f “m y ，“s 却e h j 的t s 神经元有三分之二对c l i c k 串的串间隔( i n t e i - c l i c ki n t e a l s ，i c i ) 有选择性 反应，即对p r r 具有编码能力；三分之一的在狭窄i c i 范围内有强烈的选择性，在 最佳i c i 的反应冲动发放数比最小反应冲动发放数高1 0 倍或以上。这些对i c i 具强 选择性反应的神经元的最佳i c i 的范围与这种鱼的自然发声的i c i 范围是基本致 的1 1 7 j 。p f e “r 口如研d 琥口“f 的t s 内有少部分神经元对正弦调幅( s i n u s o i d m p l i t u d e m o d u l a t i o n ，s a m ) 声脉冲的重复率有选择性，最佳p r r 为1 0p p s ( p u l s e p e rs e c o n d ) ，与该种类自然发声时的p r r 相匹配【1 8 l 。蝙蝠i c 神经元对高p r r 串声 刺激产生跟随反应，不同神经元的最佳p r r 不同；一般来说，i c 神经元均能对较 低p r r 产生跟随反应，而对高p r r 的反应则各有差异。有的神经元有较好的跟随 反应特性，而有的则较差1 1 9 j 。在蝙蝠和猫的内侧膝状体( m e d i a lg e n i c u l a t eb o d y ， m g b ) 发现有少部分神经元的反应对p r r 具有带通特征【2 0 】。作为最高级听觉中枢， 蝙蝠听皮层( a u d i t o i yc o r t e x ，a c ) 的神经元表现了对p r r 的选择性，所有的被记 录的皮层神经元对脉冲重复率表现了低通特性，多数神经元的最佳重复率为1 3 h z ，在最佳重复率潜伏期最短。 从延髓到中脑，对声音的神经再现经历了重要的变化由持续的高度同步化 的时相再现到相位的、更不规则的转变。间隔选择性神经元的峰发放率对后来的处 理可能是关键的，而精确的峰发生时间是对这些中脑神经元的输入的重要的特征。 这是在很多动物种类中进行时相特征抽提的基础i ”】。比较上橄榄核、外侧丘系等较 低级听觉中枢与中脑下丘、内侧膝状体、听皮层神经元对串刺激的反应特性，从低 级到高级中枢神经元，对高重复率串刺激反应的跟随能力逐渐下降”2 ”。 神经元跟随重复脉冲的能力主要由它的恢复期决定，以前的研究证明蝙蝠i c 神经元的5 0 恢复期有1 0 5 7m s 吲。脉冲重复率对神经元对声脉冲的反应特性具 有影响，除了脉冲发放数，在蝙蝠i c 、小鼠听皮层| 2 2 i 中的研究发现听觉神经元 对声脉冲反应的最小闽值、潜伏期均与脉冲重复率相关，多数为随重复率的增高， 最小阈值增高，潜伏期延长。在蝙蝠听皮层神经元也有类似发驯2 1 j 。神经元对刺激 串可同步反应的最快的刺激率，被称为同步边缘，戊巴比妥钠( p e n t o b a r b i t a l ) 麻醉 大鼠听皮层神经元同步率可达2 0 ，平均同步边缘为大约1 0h z ；在苏醒状态的猫 中，听度层神经元的平均同步边缘为4 2h z ，最大可达到1 0 0h z ( 灵长类也可达到 此程度) ，而最大跟随率可达1 6 6h z 【捌。听皮层神经元群( m u l t i u n i t sc l u s t e r ) 可分 为同步神经元群和非同步神经元群，同步神经元群编码低重复率刺激串，而非同步 神经元群编码快重复率声脉冲串，在提高刺激p r 时，反应发放率增高i “。 1 3 刺激呈现率影响下丘神经元声反应的研究 i c 是哺乳动物的听反射中枢和听觉信息向上级中枢传递的重要中继站，其基 本结构在各种类问基本相似，可分为三个亚核，即下丘中央核( c c n t r a ln u c l e u so f i c ，a c ) 及其周围的皮层即下丘外侧皮质( e x t e m a lc o r t e xo fi c ，e c i c ) 和下丘背 侧皮质( d o r s a ln u c l e u so fi c ，d i c ) 【。q ：i c 几乎接受并聚合其更低级中枢的传入， 也接受a c 通过皮层i c 通路( c o n i c a l c o l l i c u l a rp a t h w a y ) 的传出性输入；而 且，听觉传导路中的所有上行和下行投射纤维均在i c 形成专一性突触( o b l i g a t o r y s y n a p s e ) ，这种联系既有兴奋性突触( e x d t a t o r ys y n a p s e ) 也有抑制性突触( i n h i b i t o r y s y n a p s e ) 。如此复杂的信息传入造成了下丘听神经元反应特性的复杂性以及在中枢 听信息处理中的重要作用陋j 。这为过去人们在i c 神经元的频率、强度和时间编码 ( 靠e q u e n c y 、i n t e n s i t ya n dt i m ec o d i n g ) 、双耳声反应特性( b j 彻i l r a lp r o p e r t y ) 、声源 方向编码( c o d i n g o fs o u n ds o u r c e d i r e c t i o n ) 、p r r 处理，以及离皮层控制( c o n i c o f u g a l c o n t r 0 1 ) 等方面作了大量研究所证实。 目前关于p r 对听神经元的反应的影响的报道甚少。在i c 水平，仅p a l o m b j 和 c a s p a r y 俐对年轻成年f i s c h e r3 4 4 大鼠做过相关研究。但是他们发现，大多数大鼠 i c 神经元对刺激呈现率的差别敏感，在低的p r 下有更强的反应，而有些在p r 为 1 0 h z 时没有反应；大多数神经元在p r 由4h z 降到2 i z 时，脉冲发放率有低程度 的增高；e c i c 与c i c 在p r 敏感神经元的百分比上没有明显的差别，e c i c 神经元 比c i c 神经元具有更大的p r 敏感性的差别；总体来说i c 神经元的脉冲发放在声 刺激强度为闽上1 0 d b 和2 0 d b 时，p r 为1 0 h z 和4 h z 之间的差别显著，在4 h z 和2h z 之间的差别不显著。p a l o m b i 和c a s p a r y 的文章没有就声刺激呈现率对i c 神 经元反应的模式、潜伏期的影响作研究，也没有研究刺激呈现率的这种效应受声时 程、强度等重要声学参数的影响。 1 4 本研究的目的及意义 上述研究表明，当给出一个声刺激系列时，听神经元对单个声脉冲的反应可能 是受到其它关联刺激的影响的。改变p r ，听神经元接受的兴奋与抑制性输入的相 互关系会发生变化，神经元自身的状态也会受到影响，这些变化和影响作用的结果 则表现为昕神经元反应特性的变化。在不同刺激的强度和时程条件下，神经元的声 反应受刺激p r 的影响也可能有差别。 在听觉相关的脑的高级活动过程( 如与声信息相关的记忆、注意处理过程以及 语言处理) 与声刺激的p r 是相关的，这些高级活动是各相关的皮层神经元的活动 整合的结果，各级昕中枢神经元如何处理声刺激p r 信息以及处理声刺激p r 信息 在整个声信息神经处理过程中的作用、对高级神经活动的影响是尚待深入研究的问 题。衰老、病理条件下听力减退或受损时听觉中枢神经元对声刺激p r 信息的处理 的变化及相应机制、这些变化对听觉相关的高级神经活动的影响也未见报道。在动 物的声通讯中，动物如些鱼类【1 7 ，2 酣、鲸【2 6 l 、蝙蝠【2 7 l 等通常改变声脉冲的 密度、时程、强度，如何从听神经元水平解释这种行为的意义也需要迸一步研究。 以前人们研究时程编码时，通常认为所用的声刺激p r 或p r r 足够低( 3 5h z ) ， 能确保后继声刺激的反应是独立的不受前一个声刺激影响的【2 8 2 9 ，3 0 3 1 ，3 2 】；而在小鼠 上的研究已经证明，当其他声刺激状况( 强度、频率、单一双耳状况、用噪音代替 纯音) 改变时，i c 神经元的时程选择性是不稳定的1 2 ，因此声刺激的p r 对时程编 码的研究结果的影响需要迸一步研究清楚。考虑到需要减少刺激与刺激间隔太近对 神经元的声反应的影响，r o s e 等人也提出在听觉相关的研究中用低p r 的重要性【2 4 ， ”j 。而在以小鼠为模式动物研究听觉功能时，研究者采用的声刺激p r 一般多为1 3h z l 2 8 ，3 4 ，3 5 ，3 6 1 ，在这样的p r 范围内神经元的声反应是否受声瘩q 激p r 的影响还未 通过实验澄清。 本研究在自由声场条件下，给予实验小鼠具有不同时程、强度、p r 的纯音短 声刺激，研究了不同的声刺激p r 下戊巴比妥钠麻醉小鼠的i c 神经元对纯音短声( 其 频率为被记录神经元的特征频率) 反应的差别以及不同的声刺激强度和时程条件下 小鼠i c 神经元的声反应跟随p r 的能力变化，以初步探明在听觉研究中采用不同声 刺激p r 可能会产生的影响；作为研究听神经元处理声刺激p r 的特点和机理的初 步工作，对进一步在神经元水平阐释听觉感受的枫理、揭示听楣关的高级神经活动 的处理机制具有重要意义，并可为衰老、病理条件下听减退或受损的机理研究提供 参考。 硕士学位论支 m a s t e r s t h e s i s 2 、材料及方法 2 1 动物手术及实验环境 研究中用到1 1 只健康、听力正常的成年昆明小鼠胁坫“s c “f 地j 渤( 购自湖 北省预防医学科学院实验动物中心) ，雌雄不拘，体重3 0 4 5g ，年龄4 5 6 5d 。 先给动物腹腔注射戊巴比妥钠( 0 6 ，6 0 9 0m 毋gb w t ) ，待动物处于充分麻醉 状态时剪去动物头顶部的毛，在动物头顶正中切开头皮，暴露出头顶颅骨，除去表 面的肌肉和结缔组织后，用9 5 酒精棉球反复擦拭，使颅骨表面脱脂。清理创面后 将l 根l ，8c m 长的平头小铁钉用5 0 2 胶将其头端粘定在头顶颅骨上，