大鼠海马CA1神经元对外周传入信号的编码作用
作者：陈静芳 胡祁生 胡胜娣 王海梅
【关键词】 大鼠
摘要：通过外周电刺激坐骨神经，采用单个神经元细胞外记录的方法，观察大鼠海马CA1神经元对外周电刺激信号的编码作用。结果发现，多串电刺激后，大鼠海马CA1神经元爆发式放电数量明显增加，且动作电位个数大于3的爆发式放电数目也明显增多。实验结果说明大鼠海马CA1神经元对外周传入信号具有编码作用，参与对信号的调制。
关键词：大鼠；海马；爆发式放电
了解神经元对信息的编码是神经最基本的问题之一。神经元电活动是神经系统传输和编码内外环境信息的基本方式之一，生物电信号的传输主要是通过神经纤维上动作电位传导和突触间电、化学传递来实现的。神经元编码方式有频率编码、群体编码、时间编码和模式编码等［1］。有报道另一种新的神经元编码方式―短时爆发式放电，认为神经元间信号的交流是通过短时爆发式放电［2］。爆发式放电可作为神经元的信息携带单位已得到明确支持，许多实验也证明在不同的脑区如视皮质、海马，爆发式放电对信息的编码和传递起着重要作用［3］。海马属于边缘系统，与学习记忆、情绪行为和癫痫发作等密切相关，海马锥体神经元对信息的编码与传递具有十分重要的意义。本研究初步探讨外周电刺激对海马CA1神经元爆发式放电的影响，进一步探讨海马对信号的编码作用。
1 材料与方法
11 电生理实验
雄性SD大鼠200~250g，腹腔注射10%乌拉坦麻醉，常规气管插管，分离左侧坐骨神经，立体定向仪上固定，开颅，打开硬脑膜，37℃液体石蜡油保护脑组织。1～2h后，腹腔注射氯化筒箭毒（tubocurarini chloridi，1 mg・kg-1 i.p）制动，人工维持呼吸。海马CA1神经元细胞外记录采用玻璃微电极记录，电极尖端直径约1~2μm，直流电阻10~20MΩ，用微电极推进器将电极插入海马CA1区（AP：4.0~4.5mm，LR：2mm，H：2.5~3.5mm）。神经元放电经微电极放大器放大后，显示在示波器上进行观察，同时输入BL410生物机能实验系统进行存储分析。记录到神经元放电后，每隔10min经双极不锈钢丝电极刺激坐骨神经一次。
12 资料分析
由于海马CA1神经元对刺激存在无反应、抑制和兴奋三种不同的反应，本实验对呈兴奋性反应且有爆发式放电的神经元进行统计分析。在分析电刺激对CA1神经元爆发式放电的影响时，由于电刺激产生的原发性单位和后放电均在刺激后20s内出现［4］，因此对刺激前后20s内神经元爆发式放电的数目进行统计分析，采用SPSS统计软件，P<0.05为具有显著性差异。
13 组织学鉴定
实验结束后，记录电极通以20μA阴极电流20min，滂胺天蓝标记电极尖端位置。生理盐水100mL及10%福尔马林100mL左心室灌流，断头取脑，石蜡包埋切片，HE染色确定电极尖端位置。
2 结果
21 海马CA1神经元爆发式放电
海马CA1神经元未受刺激时，可出现不规则的爆发式放电。在海马锥体神经元的爆发式放电又称为“复合放电”，它一般是由2~6个幅度逐渐减小的动作电位组成的快速高频放电，其动作电位间期一般小于25ms，频率约200Hz左右［2］。本实验中，记录到的不同形式的海马CA1神经元爆发式放电见图1。
22 电刺激对CA1神经元爆发式放电频率的影响
开始几串（一般1~3串）电刺激对神经元爆发式放电频率一般无显著性影响，大多数神经元在第5~6串电刺激后爆发式放电才发生明显变化，主要表现为刺激后20s内爆发式放电的数量增多，且可出现串内动作电位个数较多的爆发式放电，数量也逐渐增多。对第5串刺激前后20s内爆发式放电数目进行统计分析，刺激前爆发式放电数目为4.25±4.86个，刺激后为11.13±4.55个，频率增加明显（P<0.05，n=9）。
23 电刺激对爆发式放电神经元电活动的影响
实验中记录到一爆发式放电神经元，其放电特点是呈动作电位个数为3的爆发式放电，无单个放电。随着刺激串次的增加，爆发式放电数目逐渐增多，且出现动作电位个数大于3的爆发式放电，数目也逐渐增多（见表1）。图2中显示为第6串电刺激后神经元的放电图。表1 电刺激前后某神经元爆发式放电数量的变化（略） 注：表中N1表示爆发式放电出现的个数；N2表示动作电位数大于3的爆发式放电的个数。
3 讨论
爆发式放电是一个用来描述神经元一种特殊类型的放电模式的术语，一般来说，爆发式放电是指某一段时间内放电频率较其它时间段高的放电串，至今，对爆发式放电仍没有明确的定义［2,5］。海马锥体神经元的爆发式放电又称为“复合放电”，它一般是由2~6个幅度逐渐减小的动作电位组成的快速高频放电，其动作电位间期一般小于25ms，频率约200Hz左右［2］。海马是与许多不同形式的学习记忆相关的重要脑区之一，包括时间性、空间性学习记忆以及新信息的巩固、提取等；海马损伤可导致获得能力下降造成顺行性或逆行性遗忘［6］。本实验试图通过分析电刺激坐骨神经前后海马CA1神经元爆发式放电的变化，来研究海马对外周传入信号的编码作用。
实验中发现，海马CA1神经元自发状态下存在爆发式放电，通过电刺激外周坐骨神经，对电刺激呈兴奋性反应的神经元重复给予多串电刺激后爆发式放电明显增多，且动作电位个数大于3的爆发式放电也明显增多；有些神经元，在重复给予多串电刺激后，停止刺激后的一段时间内，自发放电中爆发式放电也增加明显。神经元的爆发式放电对靶细胞具有特殊的作用，如可使肌肉收缩力和激素分泌增加［5］，且爆发式放电对增加神经元间信号传递的可靠性是必需的，爆发式放电比单个动作电位能更有效地进行突触传递，爆发式放电可携带更丰富的信息，参与神经元对空间信息和一些短时记忆的编码［2,3］，在海马锥体神经元记忆痕迹的形成中也起着重要作用［7］。中枢接受多次相同的刺激后产生较强的记忆，可能与神经元产生更多的爆发式放电以及出现更多的动作电位个数较多的爆发式放电有关。本实验结果进一步说明，海马锥体神经元在对外周信号的传入、编码、调制和整合过程中起着重要作用。
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