不同色光刺激對(duì)大鼠初級(jí)視皮層神經(jīng)元場(chǎng)電位的影響

林 玲,劉國(guó)良,趙偉達(dá),章 茜

1)鄭州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)教研室鄭州 450001 2)漯河醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校生理學(xué)教研室漯河 462002 3)漯河醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校預(yù)防醫(yī)學(xué)教研室漯河 462002 4)河南大學(xué)生命科學(xué)院生物工程系開封 475001

#通訊作者,女,1957年10月生,教授,研究方向:神經(jīng)生物學(xué),E-mail:qianzhang@zzu.edu.cn

皮層表面神經(jīng)元的電活動(dòng)是大腦皮層神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生的突觸后電位或場(chǎng)電位的總和[1]。閃光刺激對(duì)視皮層電活動(dòng)影響的研究[2-4]主要集中在不同視覺(jué)刺激模式對(duì)視覺(jué)誘發(fā)電位的影響,而對(duì)視覺(jué)中樞皮層神經(jīng)元的場(chǎng)電位等自發(fā)腦電活動(dòng)影響的研究相對(duì)較少。作者分別采用白、綠及紅色閃光刺激大鼠大腦 V 1區(qū),探討不同色光刺激對(duì)大鼠初級(jí)視皮層(V1區(qū))神經(jīng)元場(chǎng)電位的影響。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 健康成年SD大鼠10只,由河南省實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供,體質(zhì)量 180～220 g,雌雄不拘。實(shí)驗(yàn)采用自身對(duì)照,每只動(dòng)物分別給予白、綠及紅色閃光刺激。

1.2 動(dòng)物處理 體積分?jǐn)?shù)10%水合氯醛腹腔注射麻醉大鼠(3～4mL/kg),固定于立體定位儀上,暴露顱骨,參照大鼠腦解剖圖譜定位初級(jí)視皮層 V1區(qū)(前囟向后7.0 mm,左旁2.0mm),分別將記錄電極置于V1區(qū),參考電極E1(前囟向前2.0mm,右旁2.0mm)固定于額葉,兩者都以E2(前囟向前2.0 mm,左旁2.0 mm)為參考,牙托粉固定。術(shù)后肌內(nèi)注射慶大霉素,12 h亮/12 h暗環(huán)境飼養(yǎng),充足食物和水分供應(yīng)。于術(shù)后第 5、7和 9天行閃光刺激和V1區(qū)場(chǎng)電位幅值和面積的采集。

1.3 閃光刺激 將已植入電極大鼠置于有機(jī)玻璃鼠箱中(30 cm×30 cm×30 cm),在鼠箱側(cè)壁安裝發(fā)光二極管(LED,由鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院設(shè)計(jì)提供),分別給予大鼠白、紅和綠LED閃光刺激。刺激參數(shù):電壓8.5 V,波間隔9ms,脈沖組數(shù)5,重復(fù)20次,串間隔0.3 s。

1.4 V 1區(qū)皮層場(chǎng)電位幅值和面積的采集 保證大鼠處于清醒和探究行為狀態(tài)(即可接受刺激的狀態(tài)),記錄時(shí)間均在晚10:00開始,每次記錄約 2 h,描記前經(jīng)30min暗適應(yīng),依次給予白、紅、綠閃光刺激,不同色光刺激之間轉(zhuǎn)換間歇 30 min。采用多道生理記錄儀(RM 6240生物信號(hào)分析系統(tǒng),成都儀器廠)記錄大鼠術(shù)后第5、7和9天 V1區(qū)內(nèi)腦電波的幅值和面積。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 16.0進(jìn)行分析。采用單因素重復(fù)測(cè)量數(shù)據(jù)的方差分析比較不同色光和不同實(shí)驗(yàn)日大鼠皮層場(chǎng)電位的變化,檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

2 結(jié)果

大鼠V1區(qū)神經(jīng)元場(chǎng)電位隨不同色光和實(shí)驗(yàn)日的變化及比較見(jiàn)表 1和表 2。其中白光所致場(chǎng)電位在第 7、9天較刺激前和第 5天均顯著性增強(qiáng)(P＜0.05),且與紅光相比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05);綠光刺激后皮層場(chǎng)電位在第7、9天較刺激前顯著性增強(qiáng)(P＜0.05),且在第9天強(qiáng)于紅光(P＜0.01)。各實(shí)驗(yàn)時(shí)間紅光刺激后場(chǎng)電位無(wú)明顯變化。

表1 不同色光和實(shí)驗(yàn)時(shí)間大鼠V 1區(qū)神經(jīng)元場(chǎng)電位幅值的比較(n=10) μV

表2 不同色光和實(shí)驗(yàn)時(shí)間大鼠V 1區(qū)神經(jīng)元場(chǎng)電位面積的比較(n=10) μV·s

3 討論

該研究表明大鼠在清醒狀態(tài)時(shí),白、綠色光刺激可引起視皮層 V 1區(qū)場(chǎng)電位幅值和面積的顯著增大,且隨重復(fù)刺激而增強(qiáng),呈明顯的強(qiáng)直后增強(qiáng)現(xiàn)象,紅光刺激對(duì)大鼠 V1區(qū)腦電活動(dòng)無(wú)明顯影響。

視網(wǎng)膜的感光細(xì)胞主要有視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞2大類,視桿細(xì)胞數(shù)量較多,主要感受弱光刺激;視錐細(xì)胞數(shù)量較少,僅占光感受器的 1%左右[5],能夠完成亮度及顏色的區(qū)分[6]。綠光可興奮視錐細(xì)胞進(jìn)而引起皮層感受野的興奮,故當(dāng)大鼠在清醒和探究狀態(tài)時(shí),給予綠光閃光刺激能引起視皮層場(chǎng)電位發(fā)生增強(qiáng)。白光屬于混合光,既能興奮視網(wǎng)膜上的視錐細(xì)胞,也能興奮視桿細(xì)胞,所以清醒狀態(tài)下的大鼠在接受白光刺激后V1區(qū)的場(chǎng)電位的幅值和面積顯著增加。

Uhlrich等[7]的研究表明,當(dāng)大鼠在清醒狀態(tài)下持續(xù)接受白光閃光刺激對(duì)視皮層有致敏作用,會(huì)導(dǎo)致皮層電位幅值的增加,出現(xiàn)鋒電位樣反應(yīng),作者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與此相符。作者觀察到大鼠在接受白光和綠光重復(fù)刺激后,皮層場(chǎng)電位的幅值和面積隨重復(fù)刺激天數(shù)增加而增大,即呈現(xiàn)敏感化和強(qiáng)直后增強(qiáng)。提示初級(jí)視皮層神經(jīng)元在接受重復(fù)閃光刺激后引起神經(jīng)元突觸可塑性變化。這也與Uhlrich等[7]的研究結(jié)果一致。這種光誘導(dǎo)的致敏作用與成熟視覺(jué)系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)驗(yàn)依賴性的可塑性神經(jīng)元有關(guān),也與認(rèn)知覺(jué)和大腦適應(yīng)環(huán)境的功能是相互聯(lián)系的[8-10]。

黃漫玲等[11]在研究白、紅、綠 3種顏色的閃光刺激對(duì)視覺(jué)誘發(fā)電位的作用中發(fā)現(xiàn),白光的作用最強(qiáng),其次是綠光,紅光的影響最弱。該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果基本支持這一觀點(diǎn)。紅光的波長(zhǎng)最長(zhǎng) (620～770 nm),超出了 3類視錐細(xì)胞的敏感峰值,只能興奮少量的視錐細(xì)胞[12-13],故視皮層對(duì)紅光刺激沒(méi)有明顯的反應(yīng)。

白光與綠光刺激對(duì)大鼠初級(jí)視皮層場(chǎng)電位的幅值和面積隨著刺激天數(shù)的增加而增加,其原因可能與這種連續(xù)的閃光刺激在皮層與丘腦之間或丘腦與皮層之間形成的正反饋環(huán)路有關(guān)[14]。這種連續(xù)的閃光刺激也可能使大鼠產(chǎn)生視覺(jué)記憶,在接收到同樣的刺激時(shí),大鼠會(huì)很容易提取到這種信號(hào),最終引起皮層場(chǎng)電位幅值的增加。敏感化和強(qiáng)直后增強(qiáng)現(xiàn)象揭示了突觸可塑性,這將為進(jìn)一步開展腦認(rèn)知研究提供重要的理論參考。

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