發(fā)布時間：2018-01-02 12:41

  本文關(guān)鍵詞：組胺能系統(tǒng)對內(nèi)嗅皮層淺層信息編碼及空間探索行為的調(diào)控　出處：《第三軍醫(yī)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 內(nèi)嗅皮層 組胺 空間探索 theta相位鎖定 theta high gamma耦合

【摘要】：內(nèi)嗅皮層(entorhinal cortex,EC)是連接海馬和新皮層的重要“門戶”,在空間認知過程中起著關(guān)鍵作用。解剖學(xué)上,內(nèi)嗅皮層可以分為內(nèi)側(cè)內(nèi)嗅皮層(medial entorhinal cortex)和外側(cè)內(nèi)嗅皮層(lateral entorhinal cortex),而前者又包括淺層(superficial layers of medial entorhinal cortex,s MEC)和深層(deep layers of medial entorhinal cortex)。對于空間信息的編碼,s MEC一方面含有表征特定空間坐標的“網(wǎng)格細胞”(grid cell)和“邊界細胞”(border cell),另一方面通過同步化的theta和gamma振蕩的方式將空間信息從s MEC向海馬輸入。在對二維空間環(huán)境的探索過程中,s MEC一部分興奮性神經(jīng)元的發(fā)放集中分布在局部theta節(jié)律振蕩的特定相位,稱為神經(jīng)元放電的“theta相位鎖定(theta phase-locking)”。與之類似,局部gamma振蕩(40 100Hz)的能量在特定theta相位亦規(guī)律性地出現(xiàn)最大值,即所謂的“theta gamma耦合(theta gamma coupling)”�？臻g認知功能的發(fā)揮依賴于良好睡眠-覺醒狀態(tài)的調(diào)節(jié)。覺醒狀態(tài)的維持是由腦內(nèi)一系列促覺醒系統(tǒng)共同活動的結(jié)果。組胺能系統(tǒng)是腦內(nèi)最重要的促覺醒系統(tǒng)之一,它由局限于后下丘腦結(jié)節(jié)乳頭體核(tuberomammillary nucles,TMN)的一群神經(jīng)元及其發(fā)出的纖維投射,以及廣泛分布的組胺受體所組成。褪黑素是重要的促睡眠因子,它由腦內(nèi)松果體分泌。褪黑素的水平具有明顯的晝夜節(jié)律性,光照期低而黑暗期高。本課題組前期在離體腦片上的實驗結(jié)果表明,組胺通過突觸后的1型受體(Histamine receptor 1,H1Rs)和突觸前的3型受體(Histamine receptor 3,H3Rs)特異性地調(diào)控s MEC神經(jīng)元的興奮性。然而,在體情況下促覺醒的組胺能系統(tǒng)與促睡眠的褪黑素如何調(diào)節(jié)s MEC神經(jīng)元的活動、信息編碼以及這種調(diào)控作用與空間探索行為的關(guān)系目前尚不清楚。因此,本課題采用在體多通道記錄、神經(jīng)藥理學(xué)、免疫熒光等技術(shù)首先對在體情況下組胺與褪黑素對s MEC電活動的效應(yīng)進行對比,然后觀察了組胺能系統(tǒng)對s MEC信息編碼及空間探索行為的調(diào)控。主要結(jié)果如下:1.在體情況下,組胺通過H1Rs增加s MEC神經(jīng)元興奮性而褪黑素由3型受體介導(dǎo)抑制其興奮性。自由活動狀態(tài)下,在大鼠s MEC注射不同濃度(30μM,300μM,3 m M)的組胺均引起主要投射神經(jīng)元放電頻率的增加(Paired t test,all P0.001,n30μM=190,n300μM=194,n3 m M=153),并且組胺的興奮效應(yīng)具有濃度依賴性(Chi-square test,P0.001)。為明確組胺產(chǎn)生興奮效應(yīng)的受體機制,我們分別在大鼠s MEC給予三種組胺受體阻斷劑。結(jié)果發(fā)現(xiàn),H1R阻斷劑triprolidine(10μM)使s MEC主要投射神經(jīng)元的放電頻率明顯降低(Paired t test,P0.001,n=192),而注射H2R阻斷劑ranitidine(100μM)或H3R阻斷劑clobenpropit(10μM)均不影響其放電(Paired t test,two comparisons P0.05,nranitidine=189,nclobenpropit=196)。同樣,在triprolidine存在的情況下,組胺(3 m M)對s MEC主要投射神經(jīng)元的興奮效應(yīng)被抑制(Paired t test,P0.001,n=65),而ranitidine或clobenpropit均無法阻斷組胺在s MEC引起的放電頻率增加(Paired t test,two comparisons P0.05,nranitidine=59,nclobenpropit=54)。此外,在體情況下促睡眠的褪黑素對s MEC主要投射神經(jīng)元的放電具有明顯的抑制效應(yīng),并且這種效應(yīng)呈現(xiàn)濃度依賴性(Chi-square test,P0.001,nvehicle=61,n0.5 m M=57,n1.5 m M=42,n3 m M=49)。給予褪黑素1、2型受體阻斷劑luzindole(0.5 m M)并不影響主要投射神經(jīng)元的放電頻率(Paired t test,P0.05,n=46),而3型受體阻斷劑prazosin(1.5 m M)使其放電明顯增加(Paired t test,P0.05,n=51),提示在體情況下褪黑素通過3型受體介導(dǎo)可抑制主要投射神經(jīng)元的興奮性。2.H1Rs和H3Rs參與組胺增強s MEC theta和high gamma振蕩的能量Theta和gamma振蕩是內(nèi)嗅皮層-海馬環(huán)路信息編碼過程中的重要表征。通過分析s MEC局部場電位(Local field potential,LFP)不同頻率帶(delta:0.5 4 Hz;theta:4 12 Hz;beta:12 25 Hz;low gamma:25 48 Hz;high gamma:60 120 Hz)的振蕩,我們發(fā)現(xiàn)較低濃度的組胺(30μM)增強了s MEC中high gamma的能量而降低了delta的能量(Paired t test,Pdelta0.01,Ptheta0.05,Plow gamma0.05,Phigh gamma0.001,n=11)。300μM和3m M的組胺均引起theta和high gamma能量的顯著增加,同時伴隨delta能量的減少(Paired t-test,300μM:Pdelta0.001,Ptheta0.01,Plow gamma0.05,Phigh gamma0.001,n=11;3 m M:Pdelta0.001,Ptheta0.001,Phigh gamma0.001,n=11)。LFP主要反映了局部神經(jīng)元膜振蕩和突觸后電位的活動,為明確參與組胺調(diào)控LFP振蕩的受體機制,我們在s MEC分別注射了三種組胺受體阻斷劑。H1R阻斷劑(Triprolidine,10μM)和H3R阻斷劑(Clobenpropit,10μM)均顯著降低了theta和high gamma的能量,同時增強了delta的能量(Paired t-test,triprolidine,Pdelta0.001,Ptheta0.001,Pbeta0.01,Plow gamma0.05,Phigh gamma0.001,n=11;Clobenpropit,Pdelta0.001,Ptheta0.001,Phigh gamma0.001,n=11),而H2R阻斷劑(Raniditine,100μM)對s MEC LFP不同頻率的振蕩并無顯著影響(Paired t-test,all comparisons P0.05,n=11)。3.組胺不影響網(wǎng)格細胞和邊界細胞的編碼明確了在體情況下組胺能系統(tǒng)對s MEC神經(jīng)元電活動的影響之后,我們進一步觀察了組胺是否參與調(diào)控空間探索過程中s MEC兩種典型空間相關(guān)神經(jīng)元(即網(wǎng)格細胞和邊界細胞)的編碼。對于所記錄到的網(wǎng)格細胞,我們計算了其網(wǎng)格分數(shù)(gridness score)、平均發(fā)放頻率(average rate)、峰值發(fā)放頻率(peak rate)、信息率(information rate)、松散度(sparsity)、平均發(fā)放野大小(mean field size)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),給予組胺(300μM,3 m M)并不影響其在線編碼(Paired t-test,all comparisons P0.05,n300μM=13,n3 m M=17)。同樣,局部注射H1R阻斷劑triprolidine(10μM)、H2R阻斷劑ranitidine(100μM)或H3R阻斷劑clobenpropit(10μM)均未改變網(wǎng)格細胞的編碼模式(Paired t-test,all comparisons P0.05,ntriprolidine=14,nranitidine=16,nclobenpropit=15)。對于所記錄到的邊界細胞,組胺(300μM)和H1R阻斷劑triprolidine(10μM)均未影響其邊界得分(Borderness score;paired t-test,P0.05,nhistamine=14,ntriprolidine=13)。4.組胺增強s MEC主要投射神經(jīng)元放電的theta相位鎖定和LFP的theta high gamma耦合既然組胺不影響s MEC網(wǎng)格細胞和邊界細胞的編碼,我們探討了其是否參與調(diào)控theta對主要投射神經(jīng)元放電和局部gamma振蕩的調(diào)制。與對照組相比,組胺(3m M)明顯增強了s MEC主要投射神經(jīng)元theta相位鎖定的強度(Paired t-test,P0.001,n=112),而不影響其theta鎖定的最佳相位(Paired t-test,P0.05,n=112)。在s MEC給予H1R阻斷劑triprolidine(10μM)后,主要投射神經(jīng)元的theta相位鎖定強度顯著降低(Paired t-test,P0.001,n=119),而鎖定的最佳相位無明顯改變(Paired t-test,P0.05,n=119),表明H1Rs參與組胺介導(dǎo)的強化效應(yīng)。H2R和H3R阻斷劑均不影響s MEC主要投射神經(jīng)元放電的theta相位鎖定(Paired t-test,all comparisons P0.05,nranitidine=136,nclobenpropit=142)。為進一步明確組胺增強s MEC主要投射神經(jīng)元放電時theta相位鎖定的受體機制,我們預(yù)先給予不同組胺受體阻斷劑再觀察其效應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在H1R阻斷劑triptolidine(10μM)存在的情況下,組胺的增強效應(yīng)被抑制(Paired t-test,P0.05,n=129),而H2R阻斷劑ranitidine(100μM)和H3R阻斷劑clobenpropit(10μM)均不能抑制其效應(yīng)(Paired t-test,all comparisons P0.001,nranitidine+histamine=101,nclobenpropit+histamine=99)。由于在體情況下組胺使s MEC局部theta和gamma振蕩的能量均增加,我們推測其可能對theta相位和gamma幅度之間的耦合亦發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。有趣的是,組胺增強了theta振蕩對high gamma幅度的調(diào)制(Paired t-test,P0.001,n=11),而不影響theta low gamma的耦合強度(Paired t-test,P0.05,n=11)。在s MEC注射H1R阻斷劑triprolidine(10μM)或H3R阻斷劑clobenpropit(10μM)均引起theta high gamma的調(diào)制指數(shù)(Modulatory index)顯著降低(Paired t-test,Ptriprolidine0.001,ntriprolidine=11;Pclobenpropit0.05,ntriprolidine=11),提示H1Rs和H3Rs均參與了組胺在s MEC調(diào)節(jié)局部theta high gamma耦合。局部給予H2R阻斷劑ranitidine(100μM)并不影響theta對high gamma的調(diào)制(Paired t-test,P0.05,n=11)。5.組胺能系統(tǒng)在s MEC參與調(diào)節(jié)空間識別行為在明確組胺對s MEC信息編碼效應(yīng)的基礎(chǔ)上,本課題進一步探索組胺在s MEC相關(guān)空間識別行為中的作用。我們采用兩種類似的行為范式(單試次識別任務(wù)和物體識別任務(wù))以檢測大鼠在空間識別任務(wù)中的行為學(xué)表現(xiàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),H1R阻斷劑triprolidine(10μM)使大鼠對改變空間位置的物體進行“再探索”的分數(shù)(Re-exploration score)顯著降低,而H2R阻斷劑ranitidine(100μM)和H3R阻斷劑clobenpropit(10μM)均不影響其“再探索”分數(shù)(One trial recognition task:two-way repeated-measures of ANOVA,group effect,F3,47=3.756,P0.001,n=6;Object recognition task:one way ANOVA,P0.05,n=6)。有趣的是,抑制s MEC組胺能系統(tǒng)后大鼠對新物體識別的行為并未受損(One way ANOVA,all comparisons P0.05,n=6)。為確定s MEC神經(jīng)元參與組胺能系統(tǒng)對空間識別的調(diào)控,我們對s MEC神經(jīng)元的c-fos蛋白進行染色。對改變位置的物體進行空間探索后,大鼠s MEC神經(jīng)元c-fos表達明顯增加。預(yù)先給予H1R阻斷劑triprolidine(10μM)明顯抑制了s MEC神經(jīng)元c-fos的表達,且在訓(xùn)練大鼠對變換位置的物體空間探索后c-fos表達并不增加。H2R阻斷劑ranitidine(100μM)和H3R阻斷劑clobenpropit(10μM)均無法抑制在訓(xùn)練大鼠探索新的空間位置后s MEC c-fos表達的增加(One way ANOVA,P0.001,n=9)。6.組胺增強s MEC神經(jīng)元放電的theta相位鎖定和theta high gamma耦合與空間識別行為相關(guān)如前已述,空間探索過程中,組胺增強了s MEC主要投射神經(jīng)元放電的theta相位鎖定和LFP的theta high gamma耦合,并且組胺能系統(tǒng)在空間識別過程中起作用。那么,組胺對s MEC電活動的調(diào)控與行為之間是否具有相互關(guān)系呢?我們進一步分析了大鼠空間識別訓(xùn)練過程中s MEC電活動的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在探索新的空間位置時s MEC主要投射神經(jīng)元放電的theta相位鎖定強度明顯增加(Paired t-test,all comparisions P0.001,nobject exploration task=62,none trial recognition task=59)。H1R阻斷劑triprolidine(10μM)使其theta相位鎖定強度顯著降低,并抑制了空間識別過程中鎖定強度的增加(Paired t-test,all comparisons P0.05,nobject exploration task=85;none trial recognition task=53)。與之類似,在對新的空間位置的物體探索過程中s MEC局部theta high gamma的耦合強度顯著增加(Two-way repeated measures of ANOVA,object exploration task,P0.001;one-trial recognition task,P0.05,n=6)。H1R阻斷劑triprolidine(10μM)抑制了s MEC theta high gamma耦合,以及空間探索過程中調(diào)制指數(shù)的增加(Two-way repeated measures of ANOVA,P0.05,n=6)。有趣的是,H3R阻斷劑clobenpropit(10μM)盡管抑制了基礎(chǔ)狀態(tài)下s MEC中theta high gamma的耦合,但并不能阻斷大鼠識別新的空間位置時調(diào)制指數(shù)的增加(Two-way repeated measures of ANOVA,P0.001,n=6)。綜上,本研究發(fā)現(xiàn),在體情況下組胺通過H1Rs增加s MEC主要投射神經(jīng)元的放電;H1Rs和H3Rs介導(dǎo)組胺增強s MEC局部theta和high gamma能量的效應(yīng);空間探索過程中,組胺并不影響網(wǎng)格細胞和邊界細胞的編碼,但強化了主要投射神經(jīng)元放電的theta相位鎖定和LFP的theta high gamma耦合;組胺能系統(tǒng)增強theta對s MEC主要投射神經(jīng)元放電和high gamma的調(diào)制與其對空間識別行為的調(diào)控具有緊密相關(guān)性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：第三軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：R338.3

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