基于单细胞记录和神经元示踪方法研究猫V1区神经元外周抑制的受体机制

发布时间：2020-07-05 17:31

【摘要】：在猫和猴的初级视皮层中,神经元的感受野外有一个更大的区域,单独刺激这一区域不能引起细胞放电,但是外周刺激可以调节神经元感受野内的反应,该区域被称为整合野,其在视觉信息的加工处理过程中起重要作用。基于感受野外刺激是否有抑制作用,神经元可以分为两类:有外周抑制(surround-suppressive,SS)神经元和无外周抑制(surround-non-suppressive,SN)神经元。目前尚不清楚这两种外周抑制特性是否与细胞表面的受体分布有关。本文运用在体单细胞记录和靠近细胞注射神经追踪剂的方法,并结合免疫组织化学实验,研究了这两类神经元细胞膜上的受体分布特征。本文的主要工作包括:对实验所用的电生理系统进行了搭建,用在体单细胞记录技术和面积整合法研究了猫初级视皮层神经元的外周抑制特性,使用靠近细胞电转生物胞素(biocytin)染色的方法,对两种外周抑制特性的神经元进行了标记(强外周抑制和无外周抑制),利用免疫组织化学方法标记了记录细胞上的兴奋性和抑制性受体,使用激光扫描共聚焦显微镜(LSM510)对组织切片进行了 Z轴小范围扫描得到一系列组织切片的免疫荧光图像。本文创新性的开发了基于阈值分割算法的组织切片免疫荧光图像预处理软件,通过对原始光切片图像的预处理,使得图像背景基本被去除,同时提取出了标记细胞及其膜上的受体。处理后的系列图像使用商业软件可以实现三维重构,利用重构后的投影图可以对标记细胞胞体及近端树突上的受体进一步分析。本文使用ImageJ软件对标记细胞的受体密度进行了定量分析,通过比较传统单个光切片分析法和本文开发的投影图分析法,发现两种方法得到的结果基本一致,而且本文的方法更加便捷、直观,获取到的细胞结构信息更多。本文构建的这套研究视觉认知功能神经受体机制的新方法,也许能为解答视觉信息处理的神经机制提供新的思路和方法学支持,并且这一研究方法有望得到创新性且比较重要的发现。本文的研究发现SS和SN这两类神经元的兴奋性和抑制性受体密度显著不同,与SN神经元相比,SS神经元胞体更小,兴奋性受体(谷氨酸受体)密度更低,而抑制性受体(γ-氨基丁酸受体)密度更高。另外,基于以前的研究发现,SS和SN神经元成簇状集合(cluster)分布,本文研究了标记神经元(SS和SN)周围100微米内神经元的受体分布特征,发现SS集簇的神经元与SN集簇的神经元相比,也得到了上述一致的结果。这些研究提示:两类神经元外周抑制特性的不同可能与受体分布有关,并且受体也可能存在集簇分布的规律。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q42
【图文】：

外周,研究现状,调制作用,锥体细胞

１．１邋ＶＩ中的外周调制作用（Ａｎｇｅｌｕｃｃｉ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１７）逡逑抑制神经机制的研究现状逡逑馈连接都起源于锥体细胞（Ｊｏｈｎｓｏｎ＆Ｂｕｒｋｈａｌｔｅ体细胞建立突触，而大约１０？２０％与ＧＡＢＡｅｉｎ＆Ｓｏｍｏｇｙｉ，邋１９９１；邋Ｊｏｈｎｓｏｎ＆Ｂｕｒｋｈａｌｔｅｒ，１９９６据其形态通常被分为锥体细胞和非锥体细胞胞是兴奋性的并且被认为是谷氨酸能（ｇｌｕｈａｒｓ，邋１９９４），而非锥体细胞被认为是ＧＡＢＡ能．，１９９６），非锥体细胞的轴突主要在局部投射。侧皮层、脑干／脊髓或丘脑，这些输出神经元层。这些不同投射的锥体细胞都具有相似的形下行伸向白质的轴突（ＤｅＦｅｌｉｐｅ＆Ｆａｒｉｆｉａｓ，邋１９９２

示意图,视觉刺激,电生理,盒子

２．３电生理系统逡逑本文实验主要针对在体细胞进行电生理记录，所使用的电生理系统主要有剑逡逑桥系统和Ｃｅｒｅｂｕｓ系统两部分组成，如图２．１所示。下面将对这两部分分别进行逡逑介绍。逡逑Ｃｅｒｅｂｕｓ邋逦逦逦邋’逦＾邋剑桥逡逑＾系统±逦系统逡逑ｔ前置放大器逡逑ｔｚ逦ｒ—Ｔ逡逑电极逦刺激显爪器逡逑图２．１实验用电生理系统示意图逡逑剑桥系统用于视觉刺激的产生和呈现，由剑桥系统盒子（ＶｉＳａＧｅ）、剑桥系逡逑统主机和刺激显示器等几个部分组成，如图２．２所示。剑桥系统盒子是视觉刺激逡逑发生器，用于产生视觉刺激。剑桥系统主机用于通过Ｍａｔｌａｂ软件编程生成视觉刺逡逑激图形、对刺激的呈现进行控制等。刺激显示器用于输出显示视觉刺激，该显示逡逑器大小为４０Ｘ３０ｃｍ，刷新频率约为１００Ｈｚ每秒。剑桥系统盒子与剑桥系统主机逡逑通过２条信号线相连，一条为控制信号线，另一条为视频线，用于传输剌激图形。逡逑剌激显示器与剑桥系统盒子通过视频线相连。逡逑１５逡逑

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