实验研究
小鼠视觉发育前关键期视皮层神经元反应特性与突触可塑性
中华实验眼科杂志, 2016,34(4) : 298-304. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-0160.2016.04.003
摘要
背景

人类及哺乳动物的视觉发育主要是在生后关键期内完成的,但此期并非是哺乳动物接受视觉经验刺激的最早期。小鼠等哺乳动物视觉发育的关键期前还存在前关键期。目前,前关键期视皮层神经元的反应特性及突触可塑性研究仍处于探索阶段。

目的

探讨小鼠前关键期视皮层神经元的反应特性及突触可塑性特点。

方法

选择生后13~17 d的C57BL/6J小鼠48只,分别采用在体膜片钳全细胞记录及离体脑片膜片钳全细胞记录法记录小鼠视皮层第Ⅳ层神经元的电生理反应。在体记录在小鼠麻醉下进行,在电流钳模式下给予步阶电流刺激,测量其在体膜反应特性。给予最优刺激参数的移动光棒刺激,测量其视觉诱发反应特性。完成在体实验后行离体实验,分别测量神经元离体膜反应特性及白质-第Ⅳ层通路刺激条件下的诱发反应特性。采用随机数字表法将实验动物随机分成4个组,各组雌雄比例分配均匀。每组测定12个细胞,按照刺激频率的不同分别行低频刺激(LFS)和高频刺激[θ波脉冲刺激(TBS)]模式训练,按照刺激时序的不同进行突触前-后(pre-post)模式和突触后-前(post-pre)模式训练,在-70 mV电压钳制下分别记录训练前后兴奋性突触后电流(EPSCs)。采用pClmap 10软件对原始数据进行预处理,采用Matlab 2008a软件进行统计分析。

结果

在体成功记录的细胞数为39个,离体记录48个。在体和离体条件下视皮层第Ⅳ层神经元稳态平均发放动作电位(AP)个数分别为1.01±0.03和1.01±0.05,AP阈值分别为(-40.2±3.2)mV和(-39.6±2.0)mV,阈电流水平分别为(126.7±17.4)pA和(129.6±17.5)pA,差异均无统计学意义(AP数:t=0.512,P=0.610;AP阈值:t=-1.074,P=0.286;阈电流:t=-0.776,P=0.440)。在体最优视觉刺激条件下平均膜电位峰值幅度为(7.3±4.3)mV,鲜见AP;离体最强通路刺激条件下平均膜电位峰值反应幅度为(6.4±2.8)mV,未见AP,在体与离体记录的平均膜电位峰值幅度差异无统计学意义(t=1.234,P=0.221)。离体条件下,LFS训练前后EPSCs幅度分别为(138.1±51.9)pA和(76.1±34.8)pA,差异有统计学意义(t=4.437,P=0.001),而TBS训练前后EPSCs幅度差异无统计学意义(t=-0.756,P=0.466),pre-post训练前后EPSCs幅度分别为(122.4±62.2)pA和(78.5±46.7)pA,post-pre训练前后分别为(131.9±48.0)pA和(74.3±30.7)pA,差异均有统计学意义(pre-post:t=3.558,P=0.004;post-pre:t=4.283,P=0.001)。

结论

前关键期小鼠视皮层第Ⅳ层已完成神经回路的基本构建,但神经元的膜反应性以及突触连接仍未成熟。在低频或高频突触前后时序差异性输入条件下,突触功能受到抑制,而在高频输入条件下突触功能得到继续保持。前关键期小鼠视觉神经系统的发育具有不同于关键期的特征。

引用本文: 史学锋, 赵堪兴. 小鼠视觉发育前关键期视皮层神经元反应特性与突触可塑性 [J] . 中华实验眼科杂志, 2016, 34(4) : 298-304. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-0160.2016.04.003.
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人类及哺乳动物的视觉发育主要是在出生后一定时期即视觉发育关键期内完成的。目前的研究表明,该时期是出生后早期视觉神经系统的发育受到视觉经验影响最敏感的时期[1,2,3,4]。然而,视觉发育关键期的开始不代表视觉发育的开始,而且经典的关键期的定义源于Wiesel等[5]在单眼形觉剥夺动物模型上进行的关于视皮层神经元眼优势实验,仅能代表眼优势可塑性的关键期,并非视觉相关神经系统所有生理功能发育的关键期[6,7]。关于视觉发育究竟从何开始和如何开始,先天性或后天性因素以及遗传因素或环境因素对最早期阶段视觉神经系统发育产生何种影响及如何预防,其他与临床密切相关的基础问题等目前尚未阐明。目前已证实,小鼠等哺乳动物视觉发育关键期之前还存在一个视觉发育早期阶段,即前关键期[3],但前关键期视皮层细胞的反应特性及其突触可塑性尚未详尽描述。就视觉通路的发育而言,视皮层第Ⅳ层神经元与外侧膝状体联系的建立及重构是整个视皮层功能发育的基础。本研究中分别采用在体和离体脑片膜片钳全细胞记录法研究小鼠视觉发育前关键期视皮层第Ⅳ层神经元的反应特性和突触可塑性,探讨出生后最早期视觉神经系统的发育过程。

 
 
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