下丘神經元聲信號加工中的神經抑制作用

摘 要：下丘是中樞聽覺系統聲信號處理的重要中繼站，它接受來自上、下行，平行及核團內的纖維投射，其中抑制性的輸入影響著下丘神經元對聲信號的加工，神經抑制作用表現在下丘神經元的多種聲反應特性中。

關鍵詞：神經抑制；聲信號加工；下丘

中圖分類號：R363.2+71文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）02-0284-02

下丘 (inferior cilliculus IC) 是哺乳動物皮質下主要的聽信息整合中樞，它接受來自不同低位聽覺腦干核團的上行投射和來自聽皮質下行的直接和間接投射，此外，IC還接受IC內中間神經元的局部內在平行輸入。所有IC內匯聚性輸入與IC形成的聯系既有興奮性的也有抑制性的，它們在IC中進行整合，決定著下丘神經元對聲信號的處理。神經抑制作用主要由GABA能和Glycine能神經元介導，通過影響IC神經元聲反應的基本特性，使得神經元的反應表現出多樣性和易變性，從而適合于加工復雜多變的聲信息。神經抑制在下丘神經元聲信號加工中的作用可表現在以下幾個方面：

1對頻率調諧的作用

頻率調諧是聽神經元的基本特性之一，而頻率調諧曲線（FTC）的寬窄反映了聽神經元的頻率選擇性。用雙聲刺激可分別獲得神經元的興奮和抑制性FTC。GABA能和Glycine能抑制能顯著銳化IC神經元的興奮性FTC，當向IC神經元分別離子電泳導入GABAA受體阻斷劑Bicuculine（Bic）和Glycine能受體阻斷劑Strychnine（Stry）去抑制后，可觀察到IC神經元的興奮性FTC被不同程度的拓寬，抑制性FTC被部分或完全消除。研究還發現解除抑制對IC神經元FTC的影響程度隨聲強度的不同而異，即對FTC閾上10 dB內影響很小或無影響，而對較高聲強度部分的FTC影響較大，表明神經抑制更多的是作用于興奮性FTC的上部，通過銳化興奮性FTC上部使得神經元對較高聲強的頻率編碼更清晰，從而定形FT的范圍和FTC的形狀。

2 對放電率的作用

分別導入GABA和Glycine對聽神經元的放電率均有一定的抑制作用，大部分IC神經元的放電率表現出呈劑量依賴性減少。反之，電泳導入Bic和Stry后神經元的發放率顯著增加，反應幅度增大。IC神經元的強度——放電率函數一般分為單調型、飽和型和非單調型。導入Bic后可使相當部分神經元的強度－放電率函數由非單調型轉換為單調型或飽和型，也說明神經抑制更多的是影響高聲強度下的反應。此外，神經元的不同發放模式也可能是繼興奮性反應后的神經抑制所致。導入Bic能使某些相位型和相位爆發型模式轉變為持續發放型，因此，可認為相位型和相位爆發型代表的是下丘內興奮和抑制相互作用的結果，而持續型則可能是以接受興奮性輸入占絕對優勢的結果。可見，神經抑制像“雕刻刀”一樣雕琢神經元的發放模式和發放率。

3 對時相信號反應的作用

3.1 串聲刺激

IC神經元對不同脈沖重復率（pulses repetition rate PRR）聲刺激表現出不同的反應特性。一般來說，IC神經元均能對較低PRR產生跟隨反應，而對高PRR的反應則各有差異。有的神經元有較好的跟隨反應特性，而有的則較差。Bic除能易化神經元反應外，還能提高部分神經元對PRR的跟隨能力，使其在較高的PRR下也能對每一脈沖產生發放。Lu等認為，隨著PRR的增加，神經元跟隨反應降低與神經元的恢復周期有關。神經元恢復周期作為一種重要屬性，主要由興奮后的不應期和神經元接受的抑制性輸入所決定的，有研究表明，Bic去GABA能抑制后能提高大部分IC神經元的興奮性，縮短恢復周期。因此，可認為IC神經元跟隨PRR的能力受神經抑制的“閥門”樣調制。

3.2 正弦調幅（SAM）聲刺激

IC神經元對SAM聲刺激反應的鎖相能力表現出隨調制頻率的增加而降低。Pollak等人發現，對低調制頻率產生鎖相反應的神經元， 阻斷神經抑制后，其中90％以上神經元的鎖相反應特性極少改變，調制頻率范圍也一般不變；不對任何SAM刺激產生鎖相反應的神經元，阻斷抑制后，其中大部分神經元可變為對低調制頻率（﹤250 Hz）的SAM呈鎖相反應，但對高調制頻率SAM仍不反應。由此可見，那些只對低調制頻率的SAM產生鎖相反應的IC神經元，并不完全是由神經抑制掩蓋了鎖相的興奮性輸入所致，這與神經元對不同PRR反應的結果明顯不同，表明IC神經元在加工聲時間信息方面可能存在更為復雜的機制。

4 對時程調諧的作用

神經元對聲時程的調諧可用來作為辨別有生物學意義聲的有效過濾器。有些IC神經元只對某一特定的時程聲信號反應，如只對短時程聲反應，其反應與聲時程對應的函數關系分別定義為帶通型和短通型，這兩類特殊神經元被稱為時程調諧神經元。Bic和Stry能不同程度地消除或拓寬部分神經元的時程調諧，使之能對較長或對任何時程聲都產生強烈的發放。

產生時程調諧的機制與興奮性和抑制性輸入的持續時間、相對強度和到達IC的時間有關。已對此提出了不同的解釋，Casseday認為時程調諧的機制包括三個部分：即與聲刺激開始相關的持續性抑制輸入，與聲刺激開始和結束相關的短暫性興奮輸入。當兩個興奮性事件在時間上發生重合時神經元產生發放；興奮性輸入的起始時間滯后于抑制性輸入的起始，即抑制性輸入出現在興奮性輸入之前，或是與之重合，并以持續較長時間來消除在非最佳時段到來的興奮性輸入，但這一解釋只適用于off反應的時程調諧神經元。Fuzessery對短通型onset反應的神經元提出了反重合機制（anti-coincidence）， 認為在神經元接受到與聲刺激開始相關的興奮性和抑制性輸入時，只有當抑制性輸入與遲到的興奮性輸入不重合時，神經元才會反應。盡管確切機制還有待進一步研究，但神經抑制在IC神經元聲時程調諧過程中的關鍵作用是勿庸置疑的。

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