不同色光刺激对大鼠初级视皮层神经元场电位的影响

林 玲,刘国良,赵伟达,章 茜

1)郑州大学基础医学院生理学教研室郑州 450001 2)漯河医学高等专科学校生理学教研室漯河 462002 3)漯河医学高等专科学校预防医学教研室漯河 462002 4)河南大学生命科学院生物工程系开封 475001

#通讯作者,女,1957年10月生,教授,研究方向:神经生物学,E-mail:qianzhang@zzu.edu.cn

皮层表面神经元的电活动是大脑皮层神经细胞产生的突触后电位或场电位的总和[1]。闪光刺激对视皮层电活动影响的研究[2-4]主要集中在不同视觉刺激模式对视觉诱发电位的影响,而对视觉中枢皮层神经元的场电位等自发脑电活动影响的研究相对较少。作者分别采用白、绿及红色闪光刺激大鼠大脑 V 1区,探讨不同色光刺激对大鼠初级视皮层(V1区)神经元场电位的影响。

1 材料与方法

1.1 实验动物 健康成年SD大鼠10只,由河南省实验动物中心提供,体质量 180～220 g,雌雄不拘。实验采用自身对照,每只动物分别给予白、绿及红色闪光刺激。

1.2 动物处理 体积分数10%水合氯醛腹腔注射麻醉大鼠(3～4mL/kg),固定于立体定位仪上,暴露颅骨,参照大鼠脑解剖图谱定位初级视皮层 V1区(前囟向后7.0 mm,左旁2.0mm),分别将记录电极置于V1区,参考电极E1(前囟向前2.0mm,右旁2.0mm)固定于额叶,两者都以E2(前囟向前2.0 mm,左旁2.0 mm)为参考,牙托粉固定。术后肌内注射庆大霉素,12 h亮/12 h暗环境饲养,充足食物和水分供应。于术后第 5、7和 9天行闪光刺激和V1区场电位幅值和面积的采集。

1.3 闪光刺激 将已植入电极大鼠置于有机玻璃鼠箱中(30 cm×30 cm×30 cm),在鼠箱侧壁安装发光二极管(LED,由郑州大学电气工程学院设计提供),分别给予大鼠白、红和绿LED闪光刺激。刺激参数:电压8.5 V,波间隔9ms,脉冲组数5,重复20次,串间隔0.3 s。

1.4 V 1区皮层场电位幅值和面积的采集 保证大鼠处于清醒和探究行为状态(即可接受刺激的状态),记录时间均在晚10:00开始,每次记录约 2 h,描记前经30min暗适应,依次给予白、红、绿闪光刺激,不同色光刺激之间转换间歇 30 min。采用多道生理记录仪(RM 6240生物信号分析系统,成都仪器厂)记录大鼠术后第5、7和9天 V1区内脑电波的幅值和面积。

1.5 统计学处理 采用SPSS 16.0进行分析。采用单因素重复测量数据的方差分析比较不同色光和不同实验日大鼠皮层场电位的变化,检验水准α=0.05。

2 结果

大鼠V1区神经元场电位随不同色光和实验日的变化及比较见表 1和表 2。其中白光所致场电位在第 7、9天较刺激前和第 5天均显著性增强(P＜0.05),且与红光相比差异有统计学意义(P＜0.05);绿光刺激后皮层场电位在第7、9天较刺激前显著性增强(P＜0.05),且在第9天强于红光(P＜0.01)。各实验时间红光刺激后场电位无明显变化。

表1 不同色光和实验时间大鼠V 1区神经元场电位幅值的比较(n=10) μV

表2 不同色光和实验时间大鼠V 1区神经元场电位面积的比较(n=10) μV·s

3 讨论

该研究表明大鼠在清醒状态时,白、绿色光刺激可引起视皮层 V 1区场电位幅值和面积的显著增大,且随重复刺激而增强,呈明显的强直后增强现象,红光刺激对大鼠 V1区脑电活动无明显影响。

视网膜的感光细胞主要有视杆细胞和视锥细胞2大类,视杆细胞数量较多,主要感受弱光刺激;视锥细胞数量较少,仅占光感受器的 1%左右[5],能够完成亮度及颜色的区分[6]。绿光可兴奋视锥细胞进而引起皮层感受野的兴奋,故当大鼠在清醒和探究状态时,给予绿光闪光刺激能引起视皮层场电位发生增强。白光属于混合光,既能兴奋视网膜上的视锥细胞,也能兴奋视杆细胞,所以清醒状态下的大鼠在接受白光刺激后V1区的场电位的幅值和面积显著增加。

Uhlrich等[7]的研究表明,当大鼠在清醒状态下持续接受白光闪光刺激对视皮层有致敏作用,会导致皮层电位幅值的增加,出现锋电位样反应,作者的实验结果与此相符。作者观察到大鼠在接受白光和绿光重复刺激后,皮层场电位的幅值和面积随重复刺激天数增加而增大,即呈现敏感化和强直后增强。提示初级视皮层神经元在接受重复闪光刺激后引起神经元突触可塑性变化。这也与Uhlrich等[7]的研究结果一致。这种光诱导的致敏作用与成熟视觉系统的长时间经验依赖性的可塑性神经元有关,也与认知觉和大脑适应环境的功能是相互联系的[8-10]。

黄漫玲等[11]在研究白、红、绿 3种颜色的闪光刺激对视觉诱发电位的作用中发现,白光的作用最强,其次是绿光,红光的影响最弱。该实验的结果基本支持这一观点。红光的波长最长 (620～770 nm),超出了 3类视锥细胞的敏感峰值,只能兴奋少量的视锥细胞[12-13],故视皮层对红光刺激没有明显的反应。

白光与绿光刺激对大鼠初级视皮层场电位的幅值和面积随着刺激天数的增加而增加,其原因可能与这种连续的闪光刺激在皮层与丘脑之间或丘脑与皮层之间形成的正反馈环路有关[14]。这种连续的闪光刺激也可能使大鼠产生视觉记忆,在接收到同样的刺激时,大鼠会很容易提取到这种信号,最终引起皮层场电位幅值的增加。敏感化和强直后增强现象揭示了突触可塑性,这将为进一步开展脑认知研究提供重要的理论参考。

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