听觉信息传输到内耳中被转换为电信号,并且这些信号,即动作电位,沿着中枢听觉通路传递和处理。其中听觉皮层是听觉传导通路中的重要组成部分,在听觉信息处理过程中扮演着重要的角色。在听觉皮层中,有数百万的神经元,这些神经元对不同声音刺激的响应特性和突触机制仍不清楚。在我的博士学习期间,我使用清醒小鼠的初级听觉皮层(A1)作为模型,并应用在体细胞贴附式记录和全细胞记录的方法来研究听觉皮层神经元对不同声音刺激的响应特性及其突触机制,同时也探究动物行为状态是怎么调节听觉皮层声音信息的加工处理的。在我的第一个课题中,为了更好地破解大脑的功能,我们需要理解感觉皮层中的神经元是如何对外部世界的刺激响应的,并且到底有多少感觉皮层神经元响应外部的环境刺激。在清醒的小鼠初级听觉皮层中,我们惊奇地发现,2/3层中的大多数神经元是休眠的,对任何类型的声音刺激都没有放电响应,而剩余的神经元则响应于各种各样的声音类别。相比之下,小清蛋白抑制性神经元(PV神经元)只有很少的一部分是休眠的。休眠神经元都接受声音诱发的突触输入,但是由于弱的兴奋性输入和较低的兴奋/抑制(E/I)比值,导致休眠神经元没有声音诱发的放电。另外在皮层发育到成熟的过程中我们发现随着初级听觉皮层神经元的功能精细化,皮层稀疏编码逐渐增强,并且E/I比值从单峰分布到双峰分布的分化。当然,皮层稀疏编码的程度也受到早期听觉经历的影响。此外,皮层的稀疏编码还可以被特殊方式的联合学习下调,它主要是通过抑制皮层L1来实现的。因此,用于感觉表现的储备神经元的重新启用为大脑的功能进化和可塑性提供了有效的无限的可能。在我的第二个课题中,我们已经知道带通噪声(BPN)刺激在声音交流中很普遍。那些对于带通噪声(BPN)带宽调谐的听觉神经元对于这些声音的感知可能是非常重要的。在清醒的小鼠初级听觉皮层(A1)中,我们发现兴奋性神经元表现出减少,增加或平坦的带宽调谐特性,并有从层4到层2/3调谐强度增强的趋势。另一方面,大多数小清蛋白(PV)阳性抑制神经元具有平坦的带宽调谐。来自相同细胞的连续细胞贴附式和全细胞电压钳记录显示兴奋性神经元的调谐性质源于它们接受的兴奋性输入的调谐特点,而在所有神经元中抑制性输入对BPN带宽具有平坦的调谐特性。重要的是,与兴奋性输入的调谐水平相比,动作电位响应的调谐强度增强。这说明具有平坦调谐特点的抑制性输入在提高动作电位响应的带宽调谐中起到重要的作用。我们的研究,第一次阐明了初级听觉皮层神经元对宽带噪声调谐的突触机制。