覺醒大鼠聽皮層神經(jīng)元對click-train音刺激的編碼方式.pdf

1、目的:
　　 在自然界中，帶有生物學(xué)意義的聲音大多具有隨時間變化而變化的特征。人類的語言和動物的嗚叫聲就是典型的例子。這些聲音中通常含有周期性的或類周期性的重復(fù)節(jié)律。這樣的重復(fù)節(jié)律往往可以傳遞重要的語言信息。近幾年一些研究者利用一個由多個短促的click音（長度小于1毫秒）構(gòu)成的聲音串(click-train)來模擬聲音的重復(fù)節(jié)律信號。通過研究聽皮層神經(jīng)元對此類click-train音刺激的放電反應(yīng)特性，可以揭示聽覺系統(tǒng)對聲音時

2、間信號的編碼機制。
　　 早期文獻(xiàn)報道當(dāng)click音重復(fù)率低于30-50Hz時，神經(jīng)元表現(xiàn)出與click音刺激同步的放電反應(yīng)。也就是說，每一個單個的click音就會刺激神經(jīng)元出現(xiàn)一次或幾次放電活動;連續(xù)周期性重復(fù)的click-train音刺激就會刺激出一連串相同周期性重復(fù)的神經(jīng)元放電。這種反應(yīng)模式被稱為時間編碼方式。近來有學(xué)者通過研究絨毛猴聽皮層神經(jīng)元對click-train音刺激的放電反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)了另一種被稱為非同步化反應(yīng)的反應(yīng)

3、模式。即神經(jīng)元放電的發(fā)生和click音不存在時間上的一致，在整個聲音刺激時間段內(nèi)神經(jīng)元放電活動都會持續(xù)地發(fā)生，且它們的平均放電率與click-train音刺激的重復(fù)率具有一定的相關(guān)性。神經(jīng)元用平均放電率來體現(xiàn)click-train音刺激的重復(fù)率的反應(yīng)方式被稱為頻率編碼方式。
　　 相關(guān)文獻(xiàn)報道當(dāng)記錄位點沿著絨毛猴聽皮層尾-鼻軸移動時，神經(jīng)元的反應(yīng)會出現(xiàn)同步化和非同步化之間的一個轉(zhuǎn)變。在初級聽覺區(qū)，神經(jīng)元的放電-刺激同步化和非同步

4、化反應(yīng)均能觀察到，但是在非初級聽覺區(qū)（偏尾側(cè)部）同步化反應(yīng)減弱，而非同步化反應(yīng)更為多見。由此可知，非初級聽覺區(qū)的神經(jīng)元更多地依賴放電頻率編碼方式對聲音信號的時間信息進行編碼。但是這種編碼方式轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象在其他物種中還未曾發(fā)現(xiàn)。
　　 在聽覺神經(jīng)科學(xué)研究中，大鼠是一種重要的實驗?zāi)Ｐ停蟛糠钟嘘P(guān)聽皮層電生理的數(shù)據(jù)都是在大鼠麻醉狀態(tài)下收集到的。已有研究發(fā)現(xiàn)麻醉處理會改變聽皮層神經(jīng)元的放電反應(yīng)模式，尤其會抑制非同步化反應(yīng)。因此，本實驗研

5、究了覺醒大鼠聽皮層神經(jīng)元對于聲音刺激重復(fù)率相關(guān)信息的編碼方式，以探究覺醒大鼠初級聽覺區(qū)(A1區(qū))和非初級聽覺區(qū)的偏尾側(cè)部（PAF區(qū)）的神經(jīng)元是如何編碼聲音時間信息的。
　　 方法:
　　 1、手術(shù)過程
　　 將大鼠全身麻醉后，置于腦立體定位儀上，暴露前囟和顳骨，定位標(biāo)記聽皮層區(qū)域，并安裝頭部固定器。待大鼠完全清醒后，置于特制的清醒大鼠固定器上，在標(biāo)記過的聽皮層區(qū)域顱骨上鉆孔，插入記錄電極至大鼠聽皮層。
　　

6、 2、聲音刺激與數(shù)據(jù)記錄
　　 通過開放式音箱給予聲音刺激。先用純音刺激探查神經(jīng)元反應(yīng)情況，然后將不同重復(fù)率的click-train音刺激隨機播放，與此同時記錄聽皮層神經(jīng)元的反應(yīng)。
　　 3、數(shù)據(jù)分析與處理
　　 根據(jù)解剖學(xué)位置和神經(jīng)元對純音刺激的反應(yīng)特性，分別將神經(jīng)元歸于A1區(qū)和PAF區(qū)。采用MATLAB軟件分析處理實驗數(shù)據(jù)。
　　 結(jié)果:
　　 1、聽皮層神經(jīng)元對click-train音的反

7、應(yīng)
　　 我們發(fā)現(xiàn)大鼠聽皮層中有一類神經(jīng)元同時運用放電時間和平均放電率兩種編碼方式對click音重復(fù)率進行編碼;另有一類神經(jīng)元單純用平均放電率來表現(xiàn)click音重復(fù)率。除此之外的神經(jīng)元，其放電時間和平均放電率都不能有效地編碼click音重復(fù)率。
　　 2、A1區(qū)和PAF區(qū)神經(jīng)元反應(yīng)的比較
　　 (1)同步化程度
　　 對于具有重復(fù)性的刺激，A1區(qū)神經(jīng)元的同步化能力比PAF區(qū)神經(jīng)元高，所以A1區(qū)神經(jīng)元主要依

8、靠放電時間對聲音的重復(fù)率進行編碼。
　　 (2)放電頻率編碼方式
　　 A1區(qū)神經(jīng)元的放電頻率不能有效地編碼具有較高click音重復(fù)率的click-train音(≥64Hz)，而PAF區(qū)神經(jīng)元能更好地編碼這些高重復(fù)率的click-train音。
　　 (3)不同類型神經(jīng)元的構(gòu)成比例
　　 A1區(qū)的同步化神經(jīng)元的比例高于非同步化神經(jīng)元(74％ vs.26％)，而PAF區(qū)中，同步化神經(jīng)元的比例低于非同步化神經(jīng)