衰老对小鼠下丘神经元声反应特性的影响和相关的形态学变化

发布时间：2017-08-15 03:08

  本文关键词：衰老对小鼠下丘神经元声反应特性的影响和相关的形态学变化

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【摘要】：衰老导致的听力损伤是老年人群面临的普遍问题之一。老年性听力障碍通常表现为对声音强度的调谐能力下降、听觉动态范围变窄。以往的研究主要针对其外周机制,中枢机制尚不清楚,也未见形态和功能上的联系。本实验采用电生理和组织形态学技术,以成年及老年昆明小鼠为模型动物,探索听中枢强度调谐功能减退的原因及改善方案,为老年性听力损伤的治疗和听觉保护开辟新途径。本实验在自由声场条件下,采用细胞外单单位记录的方法,共记录到144个下丘(inferior colliculus, IC)神经元的声反应特性,其中70个IC神经元来自老年小鼠,74个IC神经元来自成年小鼠。老年小鼠IC神经元的发放时程比成年小鼠缩短4.8 ms(p0.01),且长时型IC神经元的比例比成年小鼠少16.0%。老年小鼠IC神经元的最佳频率(best frequency, BF)比成年小鼠低5.4 kHz(p0.01),主要表现为中、高频IC神经元的BF较低(both p0.01);老年小鼠IC神经元的阈值(minimum threshold, MT)比成年小鼠高18.7 dB SPL (p0.001),且低、中、高频IC神经元的MT都较高(all p0.001)；老年小鼠IC神经元的首次发放潜伏期(first spike latency,FSL)比成年小鼠延长3.9 ms (p0.001),主要表现为低、高频IC神经元FSL比成年小鼠延长(both p0.05)。以上结果显示,老年小鼠IC神经元的声信号编码能力比成年小鼠明显下降,在高频区域的下降更加明显,我们分析了这些变化和外周听觉器官及低位听中枢功能退化的联系。实验获得70个老年小鼠IC神经元的强度-放电率函数(rate-intensity functions, RIFs)和74个成年小鼠IC神经元的RIFs。老年小鼠IC神经元中的非单调RIF比例比成年小鼠少5.4%；老年小鼠IC神经元的动态范围(dynamic range, DR)比成年小鼠IC神经元的DR小8.9 dB (p0.001); IC神经元的mDR (middle DR intensity, mDR)比成年小鼠IC神经元的mDR高15.2 dB SPL(p0.001)。这些数据提示老年小鼠IC神经元的声强感受范围缩小,且向高声强处偏移。在高强度声刺激条件下,老年小鼠IC神经元的发放数和成年小鼠IC神经元的发放数无明显差异(p0.05),FSL无明显差异(p0.05),提示老年小鼠IC神经元对高声强信号的编码未受影响,在外周毛细胞受损导致兴奋性输入下降的前提下,老年小鼠可能由于IC神经元接受的高阈值抑制性输入减少,保留了对高强度声信号的反应能力。本实验用尼氏染色的方法对老年小鼠和成年小鼠IC核团内神经元进行了计数,发现老年小鼠IC神经元的数目比成年小鼠少15.2%(p0.001)；用免疫组化染色的方法对老年小鼠和成年小鼠IC核团内γ-氨基丁酸(y-aminobutyric acid, GAB A)能神经元进行计数,结果表明：老年小鼠GABA能神经元的数目比成年小鼠少23.4%(p0.001), GABA能神经元占总体神经元的百分比下降了5.1%(p0.05)。老年小鼠IC核团内GABA能神经元数目的减少可能是IC神经元强度选择性下降的原因。除了对小鼠IC神经元做了研究之外,我们还对成年小鼠初级听皮层(primary auditory cortex, A1)神经元的时程选择特性进行了研究,观察声信号强度对AI神经元时程选择特性的影响。自由声场条件下,采用在体细胞外方法共记录到35个小鼠A1神经元。其中时程选择性神经元的比例为57.1%(20/35),包括短通型20.0%(7/35),带通型5.7%(2/35),反带通型8.5%(3/35),长通型22.9%(8/35),非时程选择性神经元,即全通型42.9%(15/35)。其中,时程选择特性不受声强影响的A1神经元62.9%(22/35),包括20.0%(7/35)的时程选择性A1神经元和42.9%(15/35)的非时程选择性A1神经元；时程选择特性受声强影响的A1神经元37.1%(13/35),均为时程选择性A1神经元。受声强影响的时程选择性A1神经元的BF比不受声强影响的时程选择性A1神经元的BF高6.5 kHz (p0.05)。本实验结果提示随着声强的升高,大多数小鼠A1神经元的时程选择性减弱,这可能由高强度激活的大量兴奋性输入的增加以及抑制性输入的饱和造成。
【关键词】：衰老 IC神经元 频率 强度 GABA能神经元 小鼠
【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R764;R339.38
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第一章 研究背景12-21
• 1.1 衰老对老年性听力损失的影响12-14
• 1.2 衰老对听中枢核团的影响14-16
• 1.3 IC中的神经递质及其在声反应中的意义16-19
• 1.4 本研究的目的和意义19-21
• 第二章 老年小鼠IC神经元的声反应特性21-38
• 2.1 引言21
• 2.2 实验材料和方法21-23
• 2.2.1 实验动物的选取、手术及记录电极的制备21-22
• 2.2.2 声刺激系统和信号记录系统22
• 2.2.3 IC神经元声反应的记录22-23
• 2.2.4 实验数据的处理及分析23
• 2.3 实验结果23-35
• 2.3.1 老年小鼠IC神经元的发放模式23-25
• 2.3.2 老年小鼠IC神经元的声反应基本特性25-28
• 2.3.3 老年小鼠IC神经元的强度编码能力28-35
• 2.4 讨论35-38
• 2.4.1 老年小鼠IC神经元的声反应特性35-36
• 2.4.2 老年小鼠IC神经元强度编码的机制及生理意义36-38
• 第三章 老年小鼠IC神经元的形态学变化38-46
• 3.1 引言38
• 3.2 实验材料和方法38-40
• 3.2.1 实验动物的选取及脑组织的制备38-39
• 3.2.2 尼氏染色法39
• 3.2.3 免疫组化染色法39-40
• 3.2.4 形态观察与统计分析40
• 3.3 实验结果40-44
• 3.3.1 尼氏染色结果40-42
• 3.3.2 免疫组化染色结果42-44
• 3.4 讨论44-46
• 3.4.1 小鼠中枢神经元数目与听力衰退的相关性44-45
• 3.4.2 小鼠中枢GABA能神经元数目与听力衰退的相关性45-46
• 第四章 声刺激强度对初级听皮层神经元时程选择特性的影响46-59
• 4.1 引言46-47
• 4.2 材料和方法47-48
• 4.2.1 动物手术及记录电极的制备47
• 4.2.2 声刺激系统和信号记录系统47-48
• 4.2.3 实验数据分析48
• 4.3 实验结果48-56
• 4.3.1 A1神经元的时程选择性48-50
• 4.3.2 声刺激强度对A1神经元时程选择特性的影响50-56
• 4.4 讨论56-59
• 4.4.1 A1神经元时程选择特性56
• 4.4.2 声强影响A1神经元时程选择性的机制56-59
• 结论59-60
• 参考文献60-69
• 附录69-70
• 缩略词70-72
• 致谢72

【参考文献】

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1 王树峰,陈雪清,吴燕君,周婉荣,邢树惠,周玉芳,汤哲,吴晓光;北京市区老年人听力障碍状况及其神经心理因素调查[J];中华老年医学杂志;1998年04期

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本文编号：675960