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下丘(inferior colliculus,IC)是皮质下重要的听觉中枢通路驿站和声信息加工的整合结构,它接受来自IC下核团的上行输入、对侧IC的联合输入以及听皮层(auditory cortex,AC)下行的离皮层反馈输入,最终将整合后的结果上传至内侧膝状体(medial geniculate body,MGB)和AC。这些至IC的不同输入有着不同的功能,研究发现离皮层系统(corticofugal system)反馈输入在IC声信息加工过程中发挥着重要的调控作用。本研究采用局部电刺激AC与声刺激联合的方法,在IC做在体细胞内记录(in vivo intracellular recording),研究AC下行的离皮层输入(系统)对普氏蹄蝠(Hipposideros pratti)IC神经元声信息加工的精细调控,所获得的主要研究结果如下: 1.AC下行至IC的离皮层兴奋性和抑制性输入能分别经不同的机制缩短和延长IC神经元的反应潜伏期,诸如通过影响IC神经元的动作电位前的去极化时程(pre-spike depolarizationduration,pre-spike DD),动作电位前的超极化时程(pre-spike hyperpolarization duration, pre-spikeHD)和动作电位起始时间点(spike onset time,SOT)来缩短或延长IC神经元的反应潜伏期。 2.AC对IC神经元反应潜伏期的调控类型与IC神经元和AC神经元间的最佳频率(bestfrequency, BF)差相关(BFIC-AC difference),反应潜伏期受AC易化性调控的IC神经元与AC神经元之间的BF差显著小于反应潜伏期受AC抑制性调控的IC神经元与AC神经元间的BF差(p<0.01)。表明AC对IC神经元反应潜伏期的调控作用是频率特异性,即集中的兴奋和广泛的抑制。 3.恒频-调频(constant frequency-frequency modulation,CF-FM)蝙蝠IC内的单反应(single-on,SO)与双反应(double-on,DO)神经元对回声定位行为相关的CF-FM声刺激的CF和FM成分的反应均受到AC的调控。AC下行至IC的兴奋性离皮层输入能增加SO和DO神经元对CF-FM声的CF成分反应的动作电位数(action potential,AP)(SO,p<0.001;DO,p<0.05)和缩短对CF成分反应潜伏期(SO,p<0.05; DO,p<0.05);而AC下行至IC的抑制性离皮层输入则能减少二者对CF成分反应的动作电位数(SO,p<0.001;DO,p<0.01)并延长CF成分反应潜伏期(SO,p<0.01;DO,p<0.05);CF成分反应受AC抑制性调控的SO和DO神经元比例(SO,33.3%;DO,35.2%)分别高于CF成分反应受AC易化性调控的SO和DO神经元比例(SO,20.8%;DO,23.5%)。且CF成分反应受AC易化性调控的SO和DO神经元与AC神经元间的BF差分别显著性小于CF成分反应受AC抑制性调控的SO和DO神经元(SO,p<0.05;DO,p<0.05)与AC神经元的BF差。这符合AC对IC的调制作用是集中的兴奋和广泛的抑制这一特性。 4.AC对SO神经元FM成分阈下电位反应的调控同样有不同的方式,研究发现部分(n=17/48,35.4%)SO神经元能对CF-FM声的FM成分产生阈下反应(去极化或超级化电位),且其FM成分阈下反应也受到AC至IC的离皮层输入的调控。其中FM成分阈下反应受AC抑制性调控的SO神经元的比例(64.7%)高于FM成分阈下反应受AC易化性调控的SO神经元的比例(23.5%),表明AC可增强SO神经元对CF-FM声刺激的FM成分的阈下反应的抑制,使SO神经元“专一”向AC传递CF成分携带的信息。 5.AC可调控DO神经元对CF-FM声刺激的FM成分反应的最小阈值(minimum threshold,MT)。其中,AC下行至IC的兴奋性离皮层输入和抑制性离皮层输入分别能降低(p<0.05)和增加(p<0.05)DO神经元对CF-FM声刺激的FM成分反应的最小阈值,且FM成分反应的最小阈值受AC易化性调控的DO神经元的比例(52.9%)高于FM成分反应最小阈值受AC抑制性调控的DO神经元的比例(17.6%)。表明AC主要通过降低DO神经元FM成分反应最小阈值来增强DO神经元感知微弱回声中包含的靶物距离和质地等细节信息的能力。 上述研究结果和发现揭示了离皮层系统可对皮质下的听觉中枢行使精确地调控,而且同样性质的离皮层调控效应,可经由不同机制来实现,从而确保具有生物学意义的声信息上传至MGB和AC,以满足动物的行为需要。