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内侧膝状体(medial geniculate body,MGB)是听觉通路在丘脑的重要中继站,包括腹侧核(ventral division of MGB,MGBv)、背侧核(dorsal division of MGB,MGBd)和内侧核(medial division of MGB,MGBm)。在体细胞外记录研究表明,学习可诱导MGB神经元产生频率特异性听觉感受域可塑性(frequency-specificreceptive field plasticity),并且这一可塑性依赖于激活胆碱能毒草碱型受体(muscarinic receptor, mAChR),但其在细胞水平的作用机制尚不清楚。因此,本研究采用离体全细胞膜片钳记录并结合生物胞素(biocytin)染色的方法,研究小鼠MGB各亚核神经元的电生理特性,以及激活胆碱能受体对听觉丘脑神经元的影响及作用机制。结果如下: 1.本研究共记录到99个MGB神经元,其中MGBv神经元36个,MGBd神经元34个,MGBm神经元29个。MGB各亚核神经元的静息膜电位(resting membranepotential,RMP)和激活阈值(active threshold)存在显著性差异(unpaired t-test,p<0.05)。神经元对去极化电流的反应具有爆发型(bursting)(16.2%,16/99)和紧张型(tonic)(83.8%,83/99)两种发放模式。紧张型发放在MGBv神经元中的比例(94.4%,34/36)最高,爆发型发放在MGBm中的比例(31.0%,9/29)最高。所有MGB神经元在超极化电流刺激结束后都有去极化反弹(rebound),仅有少数神经元(17.2%,17/99)在超极化电流刺激过程中有超极化激活的内向电流(hyperpolarization-activated inward current,Ih)。 2.使用胆碱能受体激动剂卡巴胆碱(carbachol,CCh,5μM)研究了65个MGB神经元在激活胆碱能受体的条件下电生理特性的变化,其中MGBv神经元25个,MGBd神经元20个,MGBm神经元20个。CCh对膜电位的影响存在去极化、超极化和无影响三种类型。MGBv、MGBd和MGBm中去极化所占的比例分别为84%(21/25),45%(9/20)和40%(8/20);超极化所占的比例为12%(3/25),35%(7/20)和45%(9/20);无影响所占的比例分别为4%(1/25),20%(4/20)和15%(3/20)。 3.使用浴液灌流CCh,并将神经元钳制在接近发放阈值的水平,研究了注入去极化电流条件下神经元膜特性的变化。在所记录的65个神经元中,63.1%(41/65)的神经元产生持续放电(persistent activities,PA)现象,表现为所记录细胞刺激后膜电位持续去极化,并且发放频率增加(paired t-test,p<0.01)。不同亚核神经元,产生PA的神经元比例有所差异。MGBv中产生PA神经元的比例为84%(21/25),MGBd为60%(12/20),MGBm为40%(8/20)。MGBv神经元的PA频率高于MGBd和MGBm(unpaired t-test,p<0.05)。短时程(200 ms)去极化刺激时PA频率显著大于长时程(2 s)时(unpaired t-test,p<0.05)。 4.使用不同的离子通道阻断剂,研究了PA产生的神经机制。结果表明,mAChR阻断剂—阿托品(atropine,10μM)(n=12,paired t-test,p<0.01)可完全阻断PA的产生。快速突触阻断剂—苦味酸(kynurenic acid, KA,2mM)和木防己苦毒素(picrotoxin,0.1 mM)并不能完全抑制PA的产生(n=13),统计学表明快速突触传递显著降低PA频率和膜电位去极化幅度(n=13,paired t-test,p<0.05);快速突触阻断剂易化了部分神经元PA的产生,表现为PA频率和去极化幅度的增加(n=3)。 结果表明,MGB各亚核神经元在RMP和激活闽值等电生理特性上存在差异。CCh对不同亚核MGB神经元的作用存在差异。MGB神经元在激活mAChR和神经元去极化联合作用下可产生PA,但PA的表达在不同亚核神经元中存在差异。药理学研究在MGB不同亚核神经元中的作用一致,说明不同亚核神经元产生PA的神经机制具有相似性,即,PA的产生依赖于mAChR的激活,同时也依赖于快速的兴奋性和抑制性突触传递,既是神经元的内在性质又与神经回路的作用相关,同时也与去极化刺激的时程相关。本研究结果有助于在细胞水平理解学习诱导产生听觉感受域可塑性的神经机制。