恒频—调频蝙蝠下丘神经元在补偿靶物回声多普勒频移中的功能研究

来源 :华中师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lanxuexiao
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多普勒频移补偿(dopplershiftcompensation,DSC)是恒频-调频(constantfrequency-frequencymodulation,CF-FM)蝙蝠特有的一种感官-运动调控行为,CF-FM蝙蝠通过对发声频率进行调控,保证回声频率始终维持在听觉系统最敏感范围。本实验采用改变发声频率而保持回声频率不变的方式,模拟自然状态下CF-FM蝙蝠多普勒频移补偿后的脉冲-回声对信号,利用细胞外电生理记录方法研究了普氏蹄蝠(Prattsroundleafbat,HipposiderosPratti)下丘(inferiorcolliculus,IC)神经元对不同多普勒频移补偿后的回声信号的反应。  实验在7只健康成年普氏蹄蝠下丘中共记录到声敏感神经元268个,神经元的最佳频率(bestfrequency,BF),最小阈值(minimumthreshold,MT)和记录深度(recordingdepth)范围分别为:10.0~91.1(46.1±17.2)kHz,10~99(62.4±13.8)dBSPL,573~5040(2654.5±806.2)μm。  实验分析了103个BF在谐波内的神经元对多普勒频移补偿后回声信号的反应,其中42个神经元BF(28.0~31.4kHz)分布于第一谐波内,61个神经元BF(57.4~61.3kHz)分布于第二谐波内。实验结果如下:(1)根据神经元对不同多普勒频移补偿后的脉冲-回声对刺激的反应,可将记录到的谐波内神经元分为对多普勒频移补偿值具有选择性的神经元(selectiveneurons,S;70/103,68%)和无选择性神经元(non-selectiveneurons,NS;33/103,32%)。70个S神经元中,36(35%)个神经元为对正向补偿值偏好的神经元;13(13%)个神经元为对负向补偿值偏好的神经元;剩余21(20%)个神经元则表现为对正负补偿值均有偏好的双向U型选择性神经元。(2)70个S神经元中,53(76%)个神经元BF在第二谐波内,17(24%)个神经元BF在第一谐波内,且最佳补偿值为-3kHz的神经元数目最多。(3)S神经元在最佳补偿脉冲-回声对刺激下的恢复率达到50%的双声间隔(interpulseinterval,IPI)(17.6±16.3ms)比标准50%IPI(53.9±27.4ms)短(P<0.001)。同时神经元恢复周期曲线类型也发生了变化,主要表现为短时(shortrecovery,SR)和中等(moderaterecovery,MR)恢复型神经元增多,而长时恢复型(longrecovery,LR)神经元减少。(4)S神经元的最小阈值(56.6±14.1vs68.5±11.9dBSPL)(P<0.001)和潜伏期(9.09±2.36vs10.11±2.24ms)(P<0.05)均比NS神经元小,且差异显著。(5)分析NS和S神经元的频率调谐曲线类型发现,63个S神经元中43(68%)个神经元的频率调谐曲线(frequencytuningcurve,FTC)为U型,15(24%)个为V型,5(8%)个为封闭型。NS神经元中V型神经元占68%(17/25),U型神经元占32%(8/25),且S神经元的Qn值和高低频边斜率均高于NS神经元,差异显著。(6)比较NS和S神经元的强度放电率函数(rateamplitudefunction,RAF),发现S神经元的最佳幅度(bestamplitude,BA)(85.4±15.3vs103.5±13.4dBSPL)(P<0.001)和动态范围(dynamicrange,DR)(18.1±9.4vs31.0±12.2dBSPL)(P<0.001)显著低于NS神经元,但斜率(slope)(3.4±1.9vs2.0±0.9%/dB)显著高于NS神经元(P<0.01)。  上述实验结果表明:在普氏蹄蝠IC存在着对多普勒频移补偿值具有选择性的和无选择性的神经元。其中S神经元在最佳补偿值脉冲-回声对刺激下对回声信号反应更快,能够及时的对靶物信息做出判断,从而保证CF-FM蝙蝠在复杂生存环境中快速有效的分析发声与回声的频率差异,有效提取回声信息。另外,S神经元的频率分析能力和强度敏感性明显优于NS神经元,这是保证CF-FM蝙蝠精确完成多普勒频移补偿行为的生理基础。
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