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InhibitionshapesselectivitytovocalizationsintheinferiorcolliculusofawakemiceZacharyM.Mayko1,PatrickD.Roberts2andChristineV.Portfors1*FrontiersinNeuralCircuits汇报人：NTRODUCTIONIC是听觉中脑信息加工整合的主要中心(WinerandSchreiner,2005)，既接受自低位核团的投射(Adams,1979;Brunso-Bechtoldetal.,1981;Frisinaetal.,1998)，也接受高位核团的投射(Saldanaetal.,1996;Wineretal.,1998)。上行至IC的投射包括兴奋性投射和抑制性投射。这些兴奋性和抑制性输入整合至IC神经元并形成微环路(microcircuits)。其中，抑制性输入在IC神经元对单耳、双耳、调制声反应形成过程中发挥着重要作用。然而，抑制性输入在IC神经元对复合声信号如交流声波（socialvocalizations），反应的形成中发挥的作用研究甚少。在墨西哥游离尾蝠的研究中显示，抑制性输入在发声选择性的形成起重要作用。阻断IC神经元的抑制性输入，发声的选择性下降(Klugetal.,2002;Xieetal.,2005)。与此相反，阻断NLL神经元的抑制性输入并未改变其对发声的选择性(Xieetal.,2005)。以上结果显示：IC的抑制性微环路在蝙蝠的发声的选择性中起着重要作用。但是，其他物种IC的抑制性通路是否也对发声的选择性有重要作用并不清楚。确定IC抑制性通路对发声选择性的影响是否具有物种的特异性，这对物种声通讯进化的研究有至关重要的作用。此研究的目的就是为了检侧IC的抑制性通路如何在听觉正常的成年小鼠的V的选择性中发挥作用。小鼠不同IC神经元对发声的选择性不同，小鼠作为听觉神经机制加工的重要模式动物，研究其对发声的反应有利于对小鼠IC结构与功能的了解。本实验采用微电泳GABA受体拮抗剂和Gly受体拮抗剂的方法阻断IC神经元的抑制性输入。比较注入受体拮抗剂前后，神经元对纯音反应的变化，并通过这个变化预测神经元发声选择性的变化。研究发现阻断IC抑制性输入后，几乎所有神经元的发放数增加，部分神经元的FTC拓宽。神经元的这两种变化对V选择性的下降有影响。这些结果暗示：兴奋性输入和抑制性输入的相互作用可使神经元对与行为相关声信号产生多种反应。MATERIALSANDMETHODS1、实验动物：听觉正常的CBA小鼠，雌雄不拘2、声刺激：纯音（100ms时程、1ms起落、4/s）发声：14vocalizations3、电生理记录和微电泳注射两种药物单管电极灌注1MNaCl，多管电极分别灌注1MNaCl、10mMbicuculline、10mMstrychnine，单管电极比多管电极长10-25μm。注药电流为+10nA-+40nA，滞留电流分为−15nA。①注药前后记录神经元对纯音（6-100kHzin2-kHzsteps,阈上10-to20-dBsteps）的反应，分别记录CF、MT、FTC。②注药前后，记录神经元对发声的反应。4、数据分析①FTC的变化通过比较注药前后最高声强处带宽变化大是否大于2KHz，若带宽变化大于2KHz为FTC拓宽，反之，FTC无变化。②SI值用来判断对发声选择性的高低。SI值越大，对V的选择性越高。SI=(Ct−Ce)/CtCt：呈现的所有V的数目Ce：引起神经元反应的V的数目发放率大于0.5，作为神经元反应的标准。利用t检验来检测注药前后SI值是否具有显著性差异来判定抑制性输入是否会影响对发声的选择性。RESULTS本实验共记录到73个神经元，记录了其中47个神经元对发声的反应。INHIBITIONSHAPESRESPONSESTOSIMPLESTIMULIINTHEICOFAWAKEMICE注药前后共记录了72个神经元的FTC。1、从FTC变化分析：35/72神经元注药前后，FTC形状并无变化，但发放率增加（Figure2A）。23/72个神经元注药后，其FTC拓宽，发放率增加（Figure2B）。11/72个神经元注药前是O型FTC，注药后变为V型FTC（Figure2C）。2、从FSL变化分析：11/72个神经元的FSL注药后缩短。3、从发放类型分析：10/72个神经元的发放模式从注药前的onset型变为注药后的sustained型。INHIBITIONSHAPESRESPONSESTOVOCALIZATIONSINTHEICOFAWAKEMICE本实验记录了47个神经元注药前后对发声的反应。注药后，降低了大部分神经元对发声的选择性（Figure3）。一个代表性神经元注药前对6种发声反应，SI值为0.57；而注药后此神经元对所有的发声（14种）反应，SI值为0。注药前SI平均值为0.76，注药后，SI平均值为0.58。注药前后，SI值具有显著性差异(p0.001)（Figure4）。SI=0.76SI=0.58SI=0.57SI=0.36SI=1SI=0.27SI=0.78SI=0.36DISCUSSION本实验检测了在小鼠IC中抑制性输入如何调制神经元对简单和复杂声刺激的反应。我们发现抑制性输入通过调制发放率、FTC、发放类型等方式进而调制IC神经元对简单声刺激的反应。此外，我们也发现：抑制性输入通过多种方式增强IC神经元的发声选择性。因此IC的抑制性输入和兴奋性输入的相互作用对IC神经元声反应特性多样性的形成发挥着重要作用。INHIBITORYINPUTSMODULATERESPONSESTOSIMPLESTIMULIINTHEICOFAWAKEMICE许多研究发现抑制性输入对IC神经元声反应特性形成发挥着重要作用(Faingoldetal.,1989,1991;Vateretal.,1992a;Yangetal.,1992;ParkandPollak,1993,1994;)。本研究首次检测小鼠IC的抑制性输入对神经元对简单和复杂声刺激的调制作用。本实验描述了阻断抑制性输入对IC神经元产生影响，就此我们提出不同的微通路解释这些现象。每个神经元的微环路不同，因此，使IC神经元形成多样的声反应特性。1、阻断IC神经元的抑制性输入，几乎一半IC神经元的FTC的形状并无变化。我们用SimultaneousCo-tunedInhibition(Figure9A)来解释这种现象。2、阻断IC神经元的抑制性输入，大约一半IC神经元的FTC的形状发无变化。阻断抑制性输入后，FTC拓宽的解释是：GABA能或Gly抑制性输入形成了侧抑制（lateralinhibition），从而锐化了神经元的FTC。我们用LateLateralInhibition(Figure9B)和SimultaneousLateralInhibition(Figure9C)微环路来解释这种现象。抑制性输入对于形成O型FTC的解释是IntensityModulatedInhibition(Figure9D)。3、IC神经元的抑制性输入也会延长神经元的潜伏期。这可能是由于神经元接受的抑制性输入早于兴奋性输入到达，或抑制性输入和兴奋性输入同时到达，使神经元达到反应阈值的时间延长。4、抑制性输入也会影响神经元的发放模式。注药前部分神经元的发放模式为onset型，注药后，其发放模式变为sustained型。我们利用LateCo-tunedInhibition（Figure9E）来解释这种现象。IC神经元接受听觉脑干核团（LL、SPN、LSO）的抑制性投射，也接受高位核团（MGB、AC）的抑制性投射。此外，IC神经元也接受中间神经元的抑制性输入，多种抑制性输入会形成多种抑制性环路，这些环路会影响IC神经元声反应特性的形成。INHIBITORYCIRCUITSINCREASESELECTIVITYTOVOCALIZATIONSINTHEICOFAWAKEMICE本次研究发现阻断抑制性输入后，IC神经元对发声的选择性下降，这暗示了多种潜在的抑制性机制在此过程中发挥重要作用。抑制性输入的影响之一是未改变FTC的形状，却增强了神经元的发声选择性。这可能是由于抑制性输入和兴奋性输入的FTC相似，而神经元对发声起反应需要一个阈值，而抑制性输入使膜电位低于反应所需的阈值，因此神经元对某些发声不反应而形成对该发声的选择性。抑制性输入还可通过锐化FTC增强神经元对发声的选择性。对于V型FTC的神经元，某些发声的能量图谱未完全落在FTC内，神经元对发声的选择性较高。抑制性输入被解除后，FTC拓宽，神经元对发声的选择性降低。抑制性输入也可通过修饰（modify）FTC的形状来形成神经元对发声的选择性。例如，对于O型FTC的神经元，较高强度声刺激的反应会被压抑。只有发声的能量图谱落在FTC内，神经元才会对该发声反应。解除抑制性输入后，FTC变为V型，神经元能对更多的发声反应，降低了神经元对发声的选择性。本实验利用FTC预测小鼠IC神经元对发声的反应，预测所得的结果和真实获得的结果并不完全一致，这个现象与Klug(2002)在墨西哥游离尾蝠IC的研究结果类似。这也暗示了听觉系统的多种机制对神经元发声选择性的形成有影响。