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听觉信息从下丘传递到听觉丘脑,经过丘脑的中继,再传递到听觉皮层.听觉丘脑主要包括内侧膝状体和后外侧核,其中内侧膝状体是主要的听觉核团,它在声音信息的处理中发挥着必不可少的作用.内侧膝状体除了接受来自下丘的上行纤维投射,也接受大量的皮层下行投射.这些离皮层的下行投射既投射到内侧膝状体也投射到下丘,提示皮层对感觉信息在从外周到中枢的传递过程中发挥了一定的调制作用.在听觉系统中,皮层下行调制作用在内侧膝状体和下丘均具有音频定位的特点.解剖学的结果表明,绝大多数的离皮质投射终止在丘脑,只有少量的纤维终止在下丘.对于离皮质调节机制的研究,大多数研究者采用在体电生理记录方法,通过用电刺激或化学药物激活听觉皮层或者冷冻皮层失活的方法,记录内侧膝状体和下丘细胞的电活动. 新奇刺激引起的Fos蛋白表达,作为一种有用的标志物,在多突触激活兴奋的神经元网络中,可使某些细胞核团在特定的传导通路中被确定.在听觉系统中,Fos免疫组化反应也被应用在检验听觉系统神经元的功能活动上.然而到目前为止,我们没有发现任何关于离皮质投射对上行听觉通路中神经元:Fos蛋白表达研究的相关文献.
在本实验中,我们通过检测Fos蛋白在听觉传导通路的表达,观察当听觉皮层兴奋后,离皮质投射对声音刺激的调制作用.我们检测和比较了内侧膝状体,下丘和脑干相应核团在不同频率的声音刺激下引起的Fos表达的结果,并进一步研究了与引起丘脑Fos蛋白表达相关联的各种因素包括神经递质、受体、离皮层的激活作用以及相关联的核团,结果表明,皮层一丘脑投射的激活是引起内侧膝状体主要区域Fos表达的必要条件.Fos蛋白抗体的特异性为了确定实验中所用的Fos抗体PC38(兔抗人合成的Fos N-末端4-17片断多抗,PC38;Calbiochem,La Jolla,CA)能够特异性的与bicuculline methobromide(BIM)皮层刺激后在MGB所引起的Fos蛋白反应.我们将皮层刺激后的MGB组织提取出进行westem blotting检验.结果显示在预先和Fos蛋白多肽孵育后,相应c-Fos蛋白的条带消失了,表明实验中所用的抗体的确能与:MGB表达的Fos进行特异性的结合.
在耳蜗核,我们发现当听觉皮层没有被BIM激活即仅有声音刺激时,Fos阳性细胞只在耳蜗核的深部表达.而当皮层被BIM激活后,对于高频率声音刺激和低频率声音刺激,Fos阳性细胞的表达均发生了改变,都从深部改为表层.并且在10kHz以上的高频率声音刺激下,在介于背侧耳蜗核和腹侧耳蜗核的颗粒细胞层也发现了Fos阳性细胞的表达.
结论
1,在麻醉状态下,只有声音刺激条件下,内侧膝状体背侧部和腹侧部没有.Fos阳性细胞表达,而当皮层注射BIM后,在与注射相同一侧的丘脑,在内侧膝状体背侧部和腹侧部可以检测到Fos阳性细胞.
2,皮层引起的高同步化振荡活动(1-3Hz)可以诱导Fos蛋白在皮层丘脑网络中(包括MGv)表达.
3,直接注射神经递质glutamate可以引起Fos蛋白在MGB的表达,表明glutamate在离皮质激活的反应中包括:Fos蛋白在MGv的表达发挥了作用.
4,注射glutamate受体的拮抗剂AP-5(NMDA受体拮抗剂),CNQX(AMPA受体拮抗剂)和LY36385(mGlu受体拮抗剂),均可影响Fos蛋白的表达,表明NMDA,AMPA和mGlu受体均参与了此兴奋活动.
5,Fos阳性细胞在大鼠即受到皮层刺激又受到声音刺激后在MGv的表达,表现出与前期实验类似的音频定位的特点.
6,与对侧的下丘相比,BIM皮层注射后,在同侧下丘的背部皮质和外围皮质可引起Fos阳性蛋白表达的显著性升高, 而两侧下丘的中央核则无明显差异. 表明离皮质的直接调节作用主要发生在背部皮质和外围皮质.内侧膝状体是主要的听觉丘脑核团, 它可以被进一步的细分为腹部区(MGv),背部区(MGd)和内侧区(MGm).背部区的纤维主要投射到初级听觉皮层的周围而内侧区则投射到整个听觉皮层.背部区和内侧区的神经元在生理学特性上表现为较长的反应潜伏期, 宽和多峰的调频曲线,非音频定位的组织结构、tonic反应模式和多形态的反应特性.与背部区和内侧区的神经元不同,腹部区的神经元发出纤维投射到初级听觉皮层且在生理学特性方面表现出短的反应潜伏期、尖锐的调频曲线和音频定位的特点.基于形态学方面的差异,腹部区被进一步的分为卵形部和侧边部.Romanski和Ledoux(1993)研究表明卵圆部的纤维只投射到初级听觉皮层,而侧边部纤维投射到初级听觉皮层和它周围的区域.生理学方面,卵圆部和侧边部的神经元显示了相似的反应特性,并且在某种程度上相互补充.
Fos蛋白在MGm的表达在耳蜗摘除4小时组、耳蜗摘除24小时组和耳蜗摘除7天组,Fos阳性细胞在与皮层BIM注射相同侧MGm的表达数非常接近,分别为499.2±189.9,497.1±200.8,和536.2±140.2.在耳蜗摘除14天组和耳蜗摘除30天组,Fos阳性细胞个数明显降低为99.75±40.37和178.3±52.49(p<0.05).在对侧的MGm,五个实验组大鼠Fos阳性细胞表达数均较低在87.5±52.5和111.2±12.5之间.
在对照C-th和C-ab组,仅有少量的Fos阳性细胞表达.在实验对照组,Fos阳性细胞在两侧MGm没有差异.
Fos阳性细胞在MGd的表达同Fos阳性细胞在其他核团的表达相比,Fos阳性细胞在MGd的表达是最少的.Fos阳性细胞的表达起始于MGB头尾轴的中部约前囟后5.50mm的位置并且一直向头端延伸.在耳蜗摘除4小时组,仅仅有112.0±44.17个细胞表达(n=5),占整个MGB Fos阳性细胞表达的2.3﹪.在耳蜗摘除24小时组和耳蜗摘除7天组,:Fos阳性细胞的表达明显升高,为227.9±64.13和262.6±62.30(p<0.05,同耳蜗摘除4小时组相比). 虽然在耳蜗摘除14天组和耳蜗摘除30天组大鼠的MGd,Fos阳性细胞表达的个数开始降低,为233.8±21.8和204.5±71.1,但它们在整个MGB Fos阳性所占的比例则分别上升为23.35﹪和18.77﹪.正如Fos阳性细胞在耳蜗摘除7天组的表达.
Fos阳性细胞在下丘的表达与MGB不同,Fos阳性细胞在两侧的下丘核团都有表达.但是在不同的实验组,Fos阳性细胞在对侧下丘的表达没有差异性变化.如果比较两侧的下丘,我们发现同侧的Fos阳性细胞个数要明显高于对侧的下丘,显示了明显的皮层下行性调节作用.在耳蜗摘除4小时组,同侧IC的Fos阳性细胞个数为410.8±94.2,而在耳蜗摘除14天组和耳蜗摘除30天组分别降低为258.3±63.44和305.3±70.23,但个组之间没有显著性差异.Fos阳性细胞的显著性升高变化是在与听觉皮层注药同一侧的丘脑外皮层(extemal cortex ECIC)、背皮层(dorsal cotrex DCIC)与对侧的ECIC、DCIC之间.在所有的五个实验组中,同侧DCIC、ECIC的Fos阳性细胞个数均高于对侧(p<0.01).
在实验对照组,生理盐水代替了 BIM,我们发现在两侧的下丘脑Fos阳性细胞的表达没有差异.如果将实验对照组两侧IC的Fos阳性细胞同实验组对侧IC Fos阳性细胞相比,也没有显著性差异.1.Fos蛋白在不同的听觉中枢传递区域表达的时间差异,反映了不同的听觉核团在上行听觉信号传递中各自不同的顺序, 即内侧膝状体腹部区的卵圆部可能为上行听觉信号传递的第一中继,侧边部为第二中继,而内侧膝状体的背部区为第三中继.2.OV和LV在功能上是相互分离的.3.在双侧耳蜗摘除后的不同时间,Fos蛋白在皮层兴奋后MGB不同亚核表达的增加和衰减的时间差异,表明去神经支配而引起的兴奋性升高以及它们对离皮质输入的依赖. 同时表明去神经支配而引起的兴奋性升高与Fos蛋白表达相关.4.Fos阳性细胞个数在耳蜗摘除后4小时组,24小时组和7天组同侧CIC表现出的显著性升高,表明CIC细胞对主要的上行听觉输入有很强的依赖性.