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听觉的前掩蔽及调频(frequency modulation,FM)现象广泛存在于现实环境之中,直接影响到人语言交流和动物声通讯。以往关于FM调制方向选择性和前掩蔽效应的研究基本以细胞外记录方法,且对其机制仍不完全清楚。本实验采用自由声场和FM声刺激,在下丘(inferior colliculus,IC)用在体细胞内记录方法,研究FM调制方向选择性与前掩蔽之间的关系和机制。
本研究在20只成年雄性小鼠(Mus musculus,Km)IC上共记录到93个IC神经元,其中58个神经元获得完整数据,并对其做了分析:(1)神经元对FM调制方向选择性分为3种类型:①上扫FM(FMU)选择性神经元(N=18,31.0％),多数以动作电位(action potential,AP)方式反应(n=12,66.7%),其余则以兴奋性突触后电位(excitatory post-synaptic potential,EPSP)(n=4,22.2%)和抑制性突触后电位(inhibitory post-synaptic potential,IPSP)(n=2,11.1%)方式反应;②下扫FM(FMD)选择性神经元(N=15,25.9%),多数以AP(n=8,53.3%)和EPSP(n=5,33.3%)方式反应,极少数表现为IPSP(n=2,13.3%);③非FM(FMN)调制方向选择性神经元(N=25,43.1%),多数表现为AP(n:16,64.0%),其余表现为EPSP(n=8,32.0%)或IPSP(n=1,4.0%)。(2)3种类型神经元的最佳频率分布:FMtU择性神经元的最佳频率(2～18 kHz,11.4±5.3 kHz)一般较低,FMD选择性神经元的最佳频率(16～46kHz,30.0±8.4 kHz)一般较高,而FMN选择性神经元的最佳频率(9～35 kHz,17.4±6.3kHz)则分布在中间频带。统计分析显示,3组数据之间存在显著差异性(one-wayANOVA,***p＜0.001,**p＜0.01)。(3)神经元的FM调制方向选择性与前掩蔽效应间的关系:①FMU选择性神经元,在同样的双声间隔(interpulse interval,IPI)条件下,由FMU所致的掩蔽效应要明显的强于FMD,恢复指数达到50%所需的IPI比FMD长5～40(19.9±12.7)ms。②FMD选择性神经元,在同样的IPI条件下,由FMD所致的掩蔽效应要明显的强于FMU恢复指数达到50%所需的IPI比FMII长5～40(19.7±13.0)ms。③非方向选择性神经元,无论是用Fmu还是FMD,产生的前掩蔽效应基本相当。
研究结果表明:神经元频率调谐曲线中不对称的抑制是调制方向选择性形成的一个极其重要的原因;具有FM调制方向选择性的神经元,其偏好特性直接影响前掩蔽效应;无论是哪一类神经元,前掩蔽效应均随IPI的增大而逐渐减弱,反之则增强,提示兴奋性和抑制性输入的时相整合是前掩蔽效应形成的机制之一。