阈下神经活动对大鼠视皮层突触可塑性影响的研究

发布时间：2018-05-19 14:14

  本文选题：大鼠 + 视皮层　； 参考：《天津医科大学》2011年博士论文

【摘要】：目的 生后视觉发育的实质是视觉系统尤其是视皮层内神经联系依赖于视觉经验的突触可塑性修饰过程。传统的关于突触可塑性的理论(Hebb理论)基于突触前神经元阈上活动的频率,对该理论的进一步发展即脉冲时间依赖的突触可塑性(Spike-timing dependent plasticity, STDP)虽然强调了突触前后神经元活动时间的重要性,但突触后仍然需要阈上活动的参与。回返性动作电位或树突脉冲的存在被认为是STDP法则的必要条件。然而,阈下神经活动是更为普遍的神经活动形式。本研究探讨视觉发育可塑期内阈下神经活动对大鼠视皮层可塑性的影响,以期对视皮层突触可塑性的神经机制获得更为全面的理解。 方法 1.采用生后19d-24d大鼠,应用红外微分干涉相差显微镜(IR-DIC)及电耦合式CCD辅助下行全细胞膜片钳记录。①全细胞膜片钳电极位于初级视皮层Ⅳ层,双极刺激电极位于与之相对应的白质。调节双极刺激电极刺激强度,在Ⅳ层突触后神经元上获得中等强度的阈下兴奋性突触后电流(50pA-300pA)。②电流钳模式下向突触后神经元注入步阶电流刺激,测得突触后神经元产生阈上活动(动作电位)的阈刺激强度,将较阈刺激强度低一个步阶或数个步阶的阈下电流刺激作为突触后刺激。③采用突触后前后配对刺激作为训练模式,即在程序严格控制下采用不同的突触前后刺激时间间隔(At)进行训练,刺激频率为1Hz,重复次数均为100次。 2.分别采用如下刺激训练模式,并测量训练前后兴奋性突触后电流(excitatory postsynaptic current, EPSC),观察突触传递效能变化：①突触可塑性方向与时间窗的研究：控制不同的△t,范围为-230ms-+230ms,突触后阈下去极化强度为低于阈刺激强度下一个步阶,时程为30ms。②突触后神经元阈下去极化水平对突触可塑性的影响：控制△t恒定,突触后神经元给予阈刺激强度1/2的电流刺激。③突触后阈下去极化时程对突触可塑性的影响：控制△t恒定,阈下刺激强度为较阈刺激强度低一个步阶,分别给予突触后神经元5ms、10ms、15ms、20ms、25ms、30ms时程的阈下刺激。④突触后阈下去极化串对突触可塑性的影响：控制△t及刺激强度恒定,以5ms时程及间隔5ms的连续两次突触后阈下刺激形成阈下去极化串。⑤抑制膜电位复极化对突触可塑性的影响：分别在突触前-后(△t0)及突触后-前(△t0)模式下应用K+通道阻断剂CsCl及TEA及联合电压依赖性钙通道阻断剂NiCl2观察突触可塑性的变化。 3.采用pClmap10软件及Matlab2008对原始数据进行分析处理,采用Origin8.0统计软件进行统计学分析。分别观察突触后阈下去极化配对刺激模式诱导的视皮层突触可塑性的方向、强度及时间窗,不同突触后阈下去极化刺激水平、时程、串刺激及药理学干预条件下突触可塑性方向、强度的变化趋势。 结果 1.阈下神经活动介导的视皮层双向突触可塑性及其时间窗：①△t=+10ms条件下可诱导明显的LTP,训练后60min (t=2.94, P0.01)及30min (t=2.79, P0.05)与训练前EPSC标准化幅值比较,差异有统计学意义。②△t=+70ms条件下可诱导明显的LTD,训练后60min(t=2.79,P0.05)及30min(t=2.62,P0.05)与训练前EPSC标准化幅值比较,差异有统计学意义。③△t=-10ms条件可诱导明显的LTD,训练后60min (t=3.62, P0.01)及30min(t=2.70,P0.05)与训练前EPSC标准化幅值比较,差异有统计学意义。④△t=-230ms-+230ms条件范围内可诱导LTP或LTD的窗口范围为-140ms-+140ms,可分为三个亚时间窗口：△t0窗口(Ⅰ区)内发生LTD,△t=0-+50ms窗口(Ⅱ区)内发生LTP,△t+70ms窗口(Ⅲ区)内发生LTD。⑤Ⅰ区和Ⅲ区窗口内突触强度对可塑性方向无显著性作用,Ⅱ区窗口内,随突触强度的增加,突触传递效能增加的幅度降低。⑥Ⅰ区窗口内中、高兴奋性水平条件下,突触传递效能的变化随兴奋性降低而增加,即趋于产生程度更强的LTD,而在低兴奋性水平条件下,兴奋性越低越不易产生LTD,甚至产生LTP。Ⅱ区窗口内高兴奋性水平时,突触传递效能的变化随兴奋性程度降低而趋向于LTD的发生,而在中、低兴奋性水平时,兴奋性越低越易产生LTP。Ⅲ区窗口内突触传递效能的变化随细胞兴奋性程度降低而趋于易化LTD的发生。 2.突触后神经元阈下去极化水平、时程及串刺激对视皮层突触可塑性的影响：①在△t=+40ms,阈下刺激时程30ms条件下,阈下低幅去极化使得阈下神经活动介导的LTP作用被反转,与对照组相比,差异有统计学意义(t=243,P0.05)。△t=-40ms时低幅阈下去极化与对照组相比,LTD的水平趋于降低,但差异无统计学意义(t=0.55,P0.05)。②在△t=+40ms,给予5ms时程去极化刺激,对照条件(时程30ms)下介导的LTP作用被反转,两组比较差异有统计学意义(t=2.25,P0.05)。③在5ms-30ms不同时程条件下,随着去极化时程的缩短,诱导的可塑性方向逐渐出现反转,超过20ms出现LTP,低于20ms出现LTD。At=-40ms时低幅阈下去极化与对照组相比,LTD的水平趋于降低,但差异无统计学意义(t=0.64,P0.05)。④在△t=+40ms,5ms时程去极化串使5ms时程去极化导致的LTD重新反转为LTP,两组标准化EPSC比较差异有统计学意义(t=2.46, P0.05)。5ms时程去极化串与时程为10ms和15ms的去极化的作用对比,差异有统计学意义(ANOVA, F=5.2, P0.01;t(10ms:5ms串)=2.77,P0.05；t(15ms:5ms串)=2.79,P0.05)。 3.抑制膜电位复极化对阈下神经活动介导的视皮层突触可塑性的影响：①△t=+10ms, CsCl或TEA均导致明显的LTD(ANOVA, F=9.74, P0.001;t(对昭.CsCl)=4.07, P0.01;t(对照：TEA)=3.32, P0.01)。②△t=-10ms, CsCl阻断钾通道导致明显的LTD,和对照组相比,同样的去极化时程无明显差异,但延长去极化时导致差异有统计学意义(ANOVA, F=5.48, P0.05;t(对照：CsCl5ms)=2.08, P=0.06;t(对照：CsCl30ms)=3.22, P0.01)。③使用含钾通道阻断剂的电极内液基础上,细胞外液使用NiCl2以阻断电压依赖性钙通道,明显反转了TEA的作用,突触可塑性变化的程度恢复至对照组水平(ANOVA,F=9.92,P0.01；t(对照：单纯使用TEA)=2.16, P0.01;t(TEA:TEA+CsCl)=4.42, P0.01)。 结论 1.阈下神经活动可以在At=-140ms-+140ms的时间窗口内引起突触传递效能的改变,这种突触可塑性方向与强度的变化具有类似于经典STDP的不对称性,且在突触前-后诱导模式下存在第二个LTD窗口。 2.初始突触强度和神经元兴奋性水平可调节阈下神经活动介导的双向突触可塑性变化。不同时间窗口内初始突触强度和神经元兴奋性的调节作用不同。 3.去极化水平、时程及串刺激可调控阈下活动介导的双向突触可塑性变化。低幅去和短时程阈下去极化可促进LTD的发生,串刺激方式可促进LTP的发生。 4.电压依赖性钙通道的激活在决定突触可塑性方向中起重要作用。 5.突触后神经元动作电位不是时间依赖的突触可塑性所必须的条件。
[Abstract]:Purpose

The theory of synaptic plasticity ( Hebb theory ) , which is based on the frequency of activity at the threshold of presynaptic neuron , has emphasized the importance of synaptic plasticity ( STDP ) .

method

( 2 ) The stimulation intensity of bipolar stimulation electrode was measured . The threshold stimulation intensity of bipolar stimulation electrode was measured . The threshold stimulation intensity of the synaptic postsynaptic neuron was adjusted .

2 . The effects of synaptic plasticity on synaptic plasticity were observed by using the following stimulation training model and measuring excitatory postsynaptic currents ( EPSC ) before and after training : ( 1 ) the effects of synaptic plasticity and time window : ( 1 ) the effect of synaptic plasticity on synaptic plasticity : control 鈻，

本文编号：1910419