刺激兔杏仁体影响内膝体听觉神经元的ON-OFF反应^*

杨莉　封茂滋　卢湘岳　周绍慈

摘　要　　在23只三碘季铵酚麻痹的新西兰兔上记录细胞外放电, 观察短纯音诱发的内膝体神经元on-off反应的特性及电刺激边缘系统杏仁外侧核(Lateral amygdaloid nucleus, LAm)对反应的影响。实验发现, 内膝体神经元的on-off反应与纯音刺激的强度、 频率及作用时程有关; 刺激LAm, 可以抑制on-off反应, 或是使on-off反应放电构型发生变化。on-off反应是神经元对声音信号作用时程及声音的起止进行编码的方式之一, LAm对on-off反应的影响表明, 边缘系统杏仁体的活动可以调控听觉中枢对声音时间信息的编码。
关键词: 杏仁外侧核 (LAm);　内膝体;　on-off反应;　抑制
学科分类号: Q426

THE INHIBITORY EFFECT OF AMYGDALOID
STIMULATION ON THE “ON-OFF” RESPONSE OF
MEDIAL GENICULATE BODY NEURONS IN RABBITS^*

YANG　LI，　FENG　MAO-ZI，　LU　XIANG-YUE，　ZHOU　SHAO-CI
(Brain Function Research Laboratory, East China Normal University, Shanghai 200062)

ABSTRACT　　Experiments were performed on 23 New Zealand rabbits immobilized with Flaxedil. The characteristics of on-off responses of medial geniculate body (MGB) neurons to tone bursts of varying frequency, intensity and duration were affected by lateral amygdaloid nucleus (LAm) stimulation, which was in form of altering the pattern of discharge or complete suppression. The effect also varied with the changes of the interval between amygdaloid stimulation and the tone bursts. The results of the present work show that LAm could modulate temporal processing of auditory information.
Key words: lateral amygdaloid nucleus; medial geniculate body; on-off response; inhibitory

　　作为边缘系统主要结构之一的杏仁体, 与动物机体的活动有着广泛的联系, 并作为听觉及视觉系统外结构影响感觉信息的向中传递及编码^［1～4］。我们已有的边缘系统与听觉关系的研究表明, 杏仁体的活动可以抑制短声诱发的内膝体及听皮层神经元的声反应, 表现为使声诱发电位波幅降低或使神经元放电频数减少^［1,2］, 由此引发了对杏仁体所产生的这种影响的机理及生物学意义的探讨。 周绍慈认为, 边缘系统可能参与了向中感觉信息的检测与筛选。本文通过观察杏仁外侧核(Lateral amygdaloid nucleus, LAm)对短纯音引起的内膝体on-off反应的影响, 探讨LAm调控上传听觉信息的方式。
　　实验在 23 只三碘季铵酚麻痹的新西兰兔上进行, 体重2～3kg。 耳缘静脉注射 25%的氨基甲酸乙酯(5ml/kg)麻醉动物, 2% 的盐酸普鲁卡因局部麻醉, 完成气管插管、 开颅等手术, 颅骨开口处用 4% 的琼脂封闭。动物头部固定在江湾Ⅱ型立体定位仪上, 参照Sawyer氏兔脑图谱, 将记录电极插入内膝体(P6～9, L5～7.5, H8～13)。实验过程中, 用含0.1%三碘季铵酚的葡萄糖氯化钠溶液通过耳缘静脉进行滴注(10ml/h), 使动物处于麻痹状态, 并给予人工呼吸。
　　用正弦波作为声刺激。声音由信号发生器产生,经dB衰减器后,通过耳机(MOR-E741,SONY产品)输入耳道。 纯音时程100ms, 升降时共3.8ms, 频率在20～100kHz范围可调。 实验前用JS-1型精密声级计对发声系统进行校正。用尖端直径为0.3mm的同心圆电极, 由日本产SEN-3201型刺激器产生强度为0.1～0.2mA、 脉宽为0.1～0.2ms的单个矩形脉冲进行杏仁体(A1～3, L4～6, H16～18)刺激。
　　用常规电生理方法胞外记录内膝体神经元放电。记录信号经WFZ-87型多功能放大器、 SR-46型二线示波器后, 由SMUP-PC生物信号处理系统进行直方图叠加(Bin=2ms,　叠加20次)。

1.　兔内膝体听觉神经元的on-off反应特性

　　我们观察了37个短纯音诱发的内膝体on-off反应神经元的电活动, 发现on-off反应神经元的放电构型随声音时程、 频率及强度等参数的变化而改变。就时程而言, 纯音时程低于某一临界值T, 神经元放电构型仅有on而无off反应。在观察的37个神经元中, 有17个神经元的T值在30～50ms间(图1左), 20个神经元T值在50ms以上。当纯音时程、 频率一定时,在9个神经元中, 我们观察到, 在低声强度刺激作用下, 放电构型仅有on反应, 随声强的增加, 会引起off反应(图1右), 或是使off反应由小变大; 此外,有6个神经元, 当纯音时程和强度固定, 声刺激的频率变化的结果表明, 内膝体神经元对某些频率的声音呈现on-off反应, 而对另一些频率的声音则呈现on反应或off反应或者出现持续放电(图2)。

图　1　on-off反应中“off”反应的出现与纯音时程和强度的关系

Fig.1　Left column shows the relationship between duration of the tone bursts (2.5 kHz, 50dB SPL) and the “off” response, and the changes in the response pattern of MGB neuron to tone burst (100ms,2 kHz) with the increasing of stimulation intensity are illustrated in right column. The stimulation duration of the tone bursts was showed by the darkened lines under each histogram.

图　2　神经元的发放构型与声音频率的关系

Fig.2　Relationship between the response pattern and the frequency of the tone burst
The darkened lines under each histograns represent the duration of tone bursts (100 ms, 50 dB SPL).

2.　电刺激LAm影响内膝体on-off反应神经元的电活动

　　在37个对短纯音刺激呈on-off反应的神经元中, 电刺激LAm对其中12个神经元的放电构型产生影响。图3为刺激LAm影响内膝体on-off反应神经元活动的记录。对侧耳声刺激引起神经元on-off反应(A), B-G为on反应前后的不同时刻加杏仁外侧核刺激, 神经元的放电构型发生变化, off反应之后施加杏仁刺激, 反应恢复(H)。

图　3　电刺激杏仁外侧核对短纯音引起的内膝体神经元on-off反应的抑制

Fig.3　Inhibitory effect of lateral amygdala stimulation on the responses of an vMGB neuron to tone bursts (6 kHz,45dB SPL)
A. An “on-off” response to the tone burst of a vMGB neuron. B～G. Alteration of the response patterns with the gradual changing of the interval between the LAm stimulation and tone burst. H. Application of LAm stimulation behind the “off” response caused only some inhibitory effect on the spontaneous discharges. Darkened lines under each histogram show the duration of the tone bursts. ↓: LAm stimulation, 0.2mA, 0.2ms.

　　已有的工作发现, 电刺激LAm可以抑制短声诱发的兔内膝体和听皮层神经元的声反应, 表明其作为前脑边缘系统重要结构, 参与了听觉信息的调控和筛选^［1,2］。但这些工作多以短声作为声刺激, 因此, LAm对内膝体及听皮层听觉信息的调控和筛选情况, 只能从神经元放电频数的变化来判断, 无法对其调控听觉上传信息的生物学意义作进一步分析。为此本实验以短纯音作为声音刺激, 重点观察在不同频率、 强度或时程纯音作用下, 内膝体神经元的on-off反应特性及刺激LAm对反应的影响。
　　我们的研究发现, 内膝体神经元对不同频率声刺激的反应除声强度阈值不同外, 放电构型也发生变化。即在一定频率范围呈现on-off反应, 但当频率发生变化时, 则仅表现出on或off反应, 或者呈现持续的放电反应(图2)。此外, on-off反应神经元在纯音强度或时程改变时, 放电构型也发生变化, 弱声强刺激(或较短声音时程)时只引起on反应, 增加声强(或增加刺激时程)时会引起off反应出现(图1)。O′Neil (1985), Pelley(1989)及Grothe (1994)在猕猴及猫上也有类似的发现^［5～7］。神经元在接受不同参量的声刺激时所表现出的放电构型的变化, 很可能是由于刺激的生理强度不同,也可能是由于不同声音频率、 强度或时程改变启动了这些神经元所处的不同神经元环路。由于不同环路的活动, 使神经元对声音信息的编码以不同的放电构型表现出来。这表明, 神经元可以通过改变发放构型而介入对各种信息的处理过程。本实验结果证实, 边缘系统LAm的活动可以改变内膝体神经元on-off反应构型(图3), on反应前不同时刻对LAm刺激, 对on反应产生抑制, 使神经元呈现off反应, 或是on-off反应皆被抑制; on反应后对LAm刺激, 则对off反应产生抑制, 使神经元只呈现on反应; 若对LAm刺激后移至一定时刻, on-off反应恢复, 只是其后的自发放电受到一定程度的抑制。从一般意义上来看, LAm的活动, 只是产生一种对on或off反应的普遍性抑制, 但是当LAm兴奋的相对时间发生变化, 却影响到MGB神经元反应的构型, 亦即是说, 使神经元对一定参量声音信息的编码发生变化。on-off反应是神经元对声音信号作用时程及信号起止编码的方式之一, LAm对内膝体神经元on-off反应的抑制使得这一神经元对声音信息作用时间的编码发生了改变。这一实验结果再一次证实边缘系统杏仁体的活动可以干预中枢对声音时间信息的编码。

^*国家自然科学基金（No.38870327）及国家教委博士点基金（No.32880044）资助项目
^*Supported by the National Science Foundation of China (No.38870327) and a grant for Doctoral Education of the State Education Commission of China (No.32880044)

作者单位：华东师范大学生物系脑功能研究室, 上海　200062

参考文献

　［1］　Zhou SC (周绍慈), Lu XY (卢湘岳), Yin HZ (殷慧镇). Study of inhibitory effect of amygdaloid stimulation on auditory response of medial geniculate body(MGB) and analysts of transmissive pathway of the said effect. Scientia Sinica (Series B) (中国科学, B辑). 1983, 26 (3): 262～273.
　［2］　Yang L (杨 莉), Feng MZ (封茂滋), Zhou SC (周绍慈). A study on the effect of stimulation of amygdaloid complex on the electrical response of auditory cortex of rabbits. Acta Physiol Sin (生理学报), 1993, 45: 75～82 (in Chinese with English abstract).
　［3］　Yang L (杨 莉), Dong XW (董晓蔚), Feng MZ (封茂滋), et al. GABA mediated inhibitory effect of amygdala on the activity of medial geniculate body neurons. Acta Physiol Sin (生理学报), 1998, 50 (3): 257～262 (in Chinese with English abstract).
　［4］　Sun JY (孙坚原), Fu CL (付崇罗), Zhou SC (周绍慈). Effect of amygdaloid stimulation on receptive field of “ON” LGB neurons in rabbit. Acta Physiol Sin (生理学报), 1996, 48 (5): 487～492 (in Chinese with English abstract).
　［5］　O′Neil WE. Responses to pure tones and linear FM components of the CF-FM biosonar signal by single units in the inferior colliculus of the mustached bat. J Comp Physiol A, 1985, 157 (6): 797～815.
　［6］　Pelleg Toiba R, Wollberg Z. Tuning properties of auditory cortex cells in the awake squirrel monkey. Exp Brain Res, 1989, 74 (2): 353～364.
　［7］　Grothe B. Interaction of excitation and inhibition in processing of pure tone and amplitude-modulated stimuli in the medial superior olive of the mustached bat. J Neurophysiol， 1994, 71 (2): 706～721．

1998-04-07收稿　　1998-09-02修回