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迅速检测周围环境中突然出现的新鲜刺激,对于动物的生存至关重要,而刺激特异适应性(SSA)可能是新鲜检测的一项重要机制。SSA是指神经元会适应重复出现的标准刺激从而减少对其的反应,但对新鲜刺激可以产生相对强烈的反应。目前对SSA的研究主要利用纯音组成的频率oddball范式,虽然揭示了频率SSA在听觉通路中的强度变化规律,但却忽略了声音的其他特征,比如声音的空间位置特征。同时,自然环境中出现的新鲜刺激往往同时包含多种特征,但之前的工作仅局限于声音的某一特征,因此尚不清楚SSA中是否存在多种声音特征的精合。另一方面,虽然已经做了很多关于SSA的研究,但对于SSA的生理机制却还不明确。针对上述现状,本文中提出了以下三个问题:1)是否存在空间位置SSA;2)SSA中是否存在空间位置特征和声音个体特征的耦合;3)SSA的生理机制。
我们在大鼠的听觉系统中采用细胞外电生理技术,回答这三个问题:
1)利用两个空间位置组成oddball范式,记录丘脑网状核(TRN)的神经元反应。我们发现在TRN中存在空间位置特征SSA,即当同一位置分别作为标准刺激和新鲜刺激时,TRN神经元对新鲜刺激的发放率要远高于对标准剌激的发放率;空间位置SSA能够通过提高神经元对两个位置的反应差别进而增强对空间位置的分辨力;刺激的时间间隔还会影响空间位置SSA的强度。
2)利用两种自然声与两个空间位置组成三种oddball范式:identity oddball,仅声音个体特征新鲜;spatialoddball,仅空间位置特征新鲜;integrative oddball,声音个体特征和空间位置特征双重新鲜。同时记录听觉皮层神经元在三种范式中的反应,我们发现:听觉皮层中存在自然声个体特征SSA和自然声的空间位置特征SSA;SSA中存在声音个体特征和空间位置特征的精合,即神经元对双重声音特征新鲜的反应高于对单一特征新鲜的反应。
3)利用电刺激oddball范式,将电极埋植在听皮层,刺激听皮层投射到TRN的神经元,引发TR1叫单突触反应。我们发现两个不同皮层剌激位点所引起的TRN单突触反应可以产生显著的SSA,同时皮层的电刺激在TRN适应性上具有频率选择性,因此分离的突触适应性是引起TRN频率SSA的机制之一。
综上所述,我们利用多种oddball范式,将刺激组合由频率过渡到复杂自然声,从单一特征到空间特征与个体特征的精合,逐渐模拟真实的生存环境,从而证明:空间位置SSA与频率SSA相似,可能广泛存在于听觉通路中并发挥着重要作用;SSA中存在两种特征的精合,说明新鲜事件的检测会受益于不同特征信息的整合。另外,我们从新的角度观察神经元水平上SSA的产生过程,并提供实验依据,提出一种可能解释SSA的生理机制。
我们在大鼠的听觉系统中采用细胞外电生理技术,回答这三个问题:
1)利用两个空间位置组成oddball范式,记录丘脑网状核(TRN)的神经元反应。我们发现在TRN中存在空间位置特征SSA,即当同一位置分别作为标准刺激和新鲜刺激时,TRN神经元对新鲜刺激的发放率要远高于对标准剌激的发放率;空间位置SSA能够通过提高神经元对两个位置的反应差别进而增强对空间位置的分辨力;刺激的时间间隔还会影响空间位置SSA的强度。
2)利用两种自然声与两个空间位置组成三种oddball范式:identity oddball,仅声音个体特征新鲜;spatialoddball,仅空间位置特征新鲜;integrative oddball,声音个体特征和空间位置特征双重新鲜。同时记录听觉皮层神经元在三种范式中的反应,我们发现:听觉皮层中存在自然声个体特征SSA和自然声的空间位置特征SSA;SSA中存在声音个体特征和空间位置特征的精合,即神经元对双重声音特征新鲜的反应高于对单一特征新鲜的反应。
3)利用电刺激oddball范式,将电极埋植在听皮层,刺激听皮层投射到TRN的神经元,引发TR1叫单突触反应。我们发现两个不同皮层剌激位点所引起的TRN单突触反应可以产生显著的SSA,同时皮层的电刺激在TRN适应性上具有频率选择性,因此分离的突触适应性是引起TRN频率SSA的机制之一。
综上所述,我们利用多种oddball范式,将刺激组合由频率过渡到复杂自然声,从单一特征到空间特征与个体特征的精合,逐渐模拟真实的生存环境,从而证明:空间位置SSA与频率SSA相似,可能广泛存在于听觉通路中并发挥着重要作用;SSA中存在两种特征的精合,说明新鲜事件的检测会受益于不同特征信息的整合。另外,我们从新的角度观察神经元水平上SSA的产生过程,并提供实验依据,提出一种可能解释SSA的生理机制。