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有关大脑听皮层神经元对声音空间信息的编码在蝙蝠、猫、雪貂、小鼠和猴等动物中已有不少的研究报道,但其编码机制并未揭示清楚。类似的研究在常规的听觉研究动物大鼠上报道很少,听皮层神经元对声空间信息编码的强度依赖性未见报道。因此,本研究的目的是通过在不同声刺激强度条件下,分析听皮层神经元对声音空间信息编码的强度依赖性,进一步探究神经元对空间信息的编码机制。
本研究采用神经电生理学方法,考察了大鼠初级听皮层(AI区)142个神经元在不同声刺激强度下的空间反应域的变化及对不同听空间方位声刺激反应的放电数和平均首次发放潜伏期的变化、两者的相关关系。同时考察了随强度变化神经元听空间偏好特性的改变,神经元水平方位选择性曲线的宽度即水平方位角范围(AR)和最佳方位角(BAz)的改变情况等。结果表明,多数神经元(69.72%,99/142)对来自对侧听空间的声刺激反应较强,放电数较多,反应潜伏期较短,表现为对侧偏好型特征。在具有偏好区域的122个神经元中,大多数神经元(86.89%,106/122)对阈上5-10dB强度的声刺激(level1)反应的放电数和首次发放潜伏期呈明显负相关关系。随着声刺激强度的增加,神经元听空间反应域增大,并伴随放电数增加和反应潜伏期的缩短,经SPSS显著性分析,大多数神经元(90.16%,110/122,level2水平下)、(90.16%,110/122,level3水平下)的听空间反应域中的放电数与平均首次发放潜伏期负相关关系仍然成立。同时,多数神经元偏好的听空间区域的几何中心在水平方向和垂直方位上偏移均不超过30°,偏好区域的位置仍然能够保持相对稳定,且神经元放电数较多、潜伏期较短的核心区域也能够保持相对稳定。此外,随声刺激强度逐渐降低,水平方位选择性曲线的最佳方位角(BAz)并无明显的变化,进一步说明了在声刺激强度改变时,反应最佳方位基本能够保持稳定的状态。但水平角度范围AR值有变小的趋势,说明神经元偏好的空间方位选择性提高。结果提示,当声信号强度降低时,听觉系统依然能够保持对听空间偏好方位的选择性。
以上结果均说明大鼠听皮层神经元对声空间信息编码具有明显的强度依赖性,声刺激强度增加时,初级听皮层神经元依然可能通过维持听空间反应域内部放电数和反应潜伏期的梯度结构,来实现对声源方位的编码。