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蓝斑对杏仁复合体神经活动的影响及在学习记忆中的作用

作　者: 陈福俊
导　师: 钱卓；Susan J. SARA
学　校: 华东师范大学
专　业: 生理学
关键词: 杏仁基底外侧核 蓝斑 去甲肾上腺素 神经调控 抑制性回避条件反射 快速眼动睡眠 记忆巩固 记忆再巩固
分类号: Q42
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


杏仁复合体是边缘系统的重要结构之一,大量的研究表明杏仁复合体在情绪信息处理和记忆的巩固过程中具有重要的作用,进一步的研究还显示杏仁核的不同核团在情绪记忆巩固过程中有着不同的功能,其中,杏仁基底外侧核被认为在情绪记忆的巩固中具有关键性作用。杏仁基底外侧核是由多个核团组成的复合结构,它接受来自所有感觉皮层的神经投射,并与前额叶和海马有相互的神经联系,同时还接受来自基底神经节的胆碱能投射和脑干儿茶酚胺能核团的神经支配。最近的研究显示,杏仁基底外侧核还接受大量来自脑干蓝斑核的去甲肾上腺素能的神经支配,行为学、药理学及脑损毁研究证明,蓝斑—杏仁这一神经通路在调控大脑对情绪性刺激及长时记忆的形成过程中有重要的作用。同时有研究还显示,杏仁基底外侧核内的β肾上腺素能受体还可介导许多其它调控记忆的神经递质或神经调质对杏仁核依赖性记忆的影响,如阿片肽、应激激素、GABA等。虽然有大量的实验报道表明杏仁基底外侧核内β肾上腺素能受体在记忆过程中有重要作用,而蓝斑也有直接的投射到杏仁基底外侧核,但对在体情况下,蓝斑核去甲肾上腺素能神经元对杏仁基底外侧核神经活动的影响,则尚未见有报道。因此,我们的问题是:一、基于去甲肾上腺素可调控与杏仁基底外侧核相关的记忆过程,那么在体激活脑干去甲肾上腺素核团蓝斑对杏仁基底外侧核的神经活动有什么影响?二、假如蓝斑核的激活对杏仁基底外侧核的神经活动有显著性的影响,那么这种影响在清醒动物学习记忆中有什么重要意义?杏仁基底外侧核的神经活动在学习记忆过程中会有什么变化及这种变化有什么生物学意义?本研究运用电生理学方法,在麻醉大鼠上,研究足底电刺激对蓝斑核和杏仁基底外侧核神经活动的影响,以及刺激蓝斑对杏仁基底外侧核神经活动的影响,并进一步运用药理学方法对介导这种影响的受体进行鉴定;同时,在清醒动物上,运用抑制性回避条件反射行为研究模式,研究杏仁基底外侧核及蓝斑核在条件反射建立过程中的电活动变化,同时对条件反射建立前后的睡眠过程中的脑电活动变化也进行了深入分析。一、蓝斑核对杏仁基底外侧核神经元活动的影响实验运用在体细胞外单位放电记录的方法.在54只氨基甲酸乙酯(1.2g/kg)麻醉的SD大鼠上,研究了蓝斑核和杏仁基底外侧核神经元对足底电刺激的反应,实验中共记录到83个蓝斑神经元和356个杏仁基底外侧核神经元的电活动。放电特性分析显示,蓝斑神经元的放电频率较低,实验记录到的83个蓝斑神经元的平均放电频率为1.60±0.11Hz。实验发现所有记录到的蓝斑神经元对足底电刺激的反应均表现为:首先是一个短潜伏期的兴奋性反应,通常只包含2-3个放电,然后是一个短暂的抑制期,抑制期结束后又出现一持续性的兴奋性反应,接着是一长时程的抑制。蓝斑神经元对足底电刺激反应的平均潜伏期为20 ms左右。而杏仁基底外侧核神经元对足底电刺激的反应则表现出多样性的反应型式。在实验记录到的356个杏仁基底外侧核单位放电中,有44%的反应被足底电刺激抑制,抑制反应的潜伏期为41.4±2.4 ms,这一类型神经元的平均放电频率为2.4±0.2Hz;另外有17%的杏仁基底外侧核神经元对足底电刺激表现为兴奋性反应,反应的潜伏期为41.9±3.5 ms,其平均放电频率为4.9±0.7 Hz;其余的39%的细胞对足底电刺激没有反应。在部分实验动物上,我们进一步考察了直接电刺激蓝斑核对杏仁基底外侧核神经元电活动的影响。实验共记录到238个杏仁基底外侧核神经元电活动,结果表明54%被记录的神经元电活动被电刺激蓝斑核所抑制,5%的神经元电活动水平升高,另有41%的神经元电活动不受电刺激蓝斑的影响。抑制反应和兴奋反应的潜伏期分别为34.38±1.7 ms和35.00±6.2 ms,抑制反应和兴奋反应神经元的平均放电频率分别为2.2±0.1 Hz和4.4±1.4 Hz。实验结果显示,杏仁基底外侧核神经元对足底电刺激和蓝斑电刺激的反应以抑制性反应形式为主,因此我们对介导这种抑制性反应的受体类型进行了鉴定。在记录到的18个被蓝斑电刺激抑制的杏仁基底外侧核的细胞施加β肾上腺素能受体的拮抗剂Timolol之后,67%的抑制性反应被阻断。另外对20个被足底电刺激抑制的杏仁基底外侧核细胞施加了β肾上腺素能受体的拮抗剂Timolol之后,65%的反应被阻断,在对照实验中施加生理盐水对杏仁基底外侧核的反应没有影响。药理学部分的研究表明,去甲肾上腺素调控杏仁基底外侧核神经元活动部分地通过β肾上腺素能受体介导。本研究首次报道了在体激活蓝斑去甲肾上腺素能系统对杏仁基底外侧核神经元活动的影响。研究结果表明蓝斑来源的去甲肾上腺素对杏仁基底外侧核的主要影响为抑制性效应,并证实了蓝斑来源的去甲肾上腺素对杏仁基底外侧核的抑制性效应是部分通过β肾上腺素能受体介导的。二、抑制性回避条件反射建立过程中杏仁基底外侧核及蓝斑的电活动的变化实验运用抑制性回避条件反射行为模式,研究了清醒动物杏仁基底外侧核及蓝斑神经元这一条件反射建立过程中的活动变化。实验在19只SD大鼠上进行。抑制性回避条件反射实验分为三个阶段:习惯化、训练和测试,整个实验在两天之内完成。每天实验之前先记录5分钟的基础放电水平,习惯化和测试的时间分别为5分钟。实验中共记录到6个蓝斑细胞的活动,其平均放电频率为1.10±0.19Hz,结果显示所有的蓝斑细胞在习惯化(1.8±0.2 Hz)和测试(1.7±0.7 Hz)过程中放电频率均有增加,其中,测试过程中放电频率的增加在测试结束之后仍能继续维持约5分钟。实验共记录到68个杏仁基底外侧核神经元,实验结果显示杏仁基底外侧核神经元的放电水平在习惯化阶段也显著升高,习惯化时放电频率为2.02±0.32 Hz(基础放电水平为1.4±0.2 Hz),这一结果与以往报道相一致。实验结果还显示大鼠进入黑色箱的潜伏期在训练阶段显著低于习惯化阶段,而在测试阶段则显著高于习惯化和训练阶段(p<0.01),习惯化、训练和测试阶段的潜伏期分别为20.9±3.4秒、10.4±2.5秒和279.9±15.0秒,表明在测试阶段,抑制性回避条件反射已很好地建立。进一步对习惯化后、训练后和测试后的放电进行分析发现,杏仁基底外侧核神经元的放电在测试之后的100分钟显著升高,而这一现象并未在习惯化后和训练后观察到。这一结果表明当大鼠再次被置于训练环境时,在训练过程中被巩固的记忆信息可能又回复到了一种不稳定的状态,从而在测试之后需要对记忆信息进行再次巩固,或称为记忆再巩固,由此可以推断杏仁基底外侧核在抑制性回避条件反射的记忆再巩固过程中可能发挥重要的作用。三、抑制性回避条件反射过程中睡眠时段大脑电活动的分析研究表明快速眼动睡眠在记忆巩固中有重要作用,实验用7只SD雄性大鼠研究了抑制性回避条件反射建立前后,动物睡眠时段的脑电活动变化。实验在抑制性回避条件反射建立的各个阶段(习惯化、训练和测试)前后,分别连续记录2个小时的颅骨脑电信号。结果显示,睡眠中脑电活动的变化主要出现于测试后的2个小时。成对双尾T检验揭示,测试后快速眼动睡眠的潜伏期比测试前睡眠的显著变短(t(6)=3.37,P<0.05),测试后快速眼动睡眠的次数也较测试前睡眠阶段显著升高(t(6)=-4.25,P<0.01),测试后快速眼动睡眠占整个睡眠段的比例也较测试前睡眠阶段显著增加(p<0.05)。这一结果表明快速眼动睡眠可能在记忆再巩固的过程中发挥重要作用。本研究首次提供了在体直接激活蓝斑去甲肾上腺素系统对杏仁基底外侧核神经元活动影响的实验证据,实验表明这种影响主要表现为抑制性效应,并为β肾上腺素能受体所介导,从而表明蓝斑-杏仁基底外侧核的联系可能在情绪相关的学习记忆过程中有重要的作用。行为学的研究进一步提供了杏仁基底外侧核在记忆过程中重要作用的实验依据,从而扩展了我们对情绪性记忆过程的理解。睡眠活动的研究揭示快速眼动睡眠可能在这一抑制性回避条件反射的记忆再巩固过程中发挥重要的作用。

全文目录


Abbreviation  10-11
中文摘要  11-15
Abstract  15-20
Résumé  20-23
General Introduction  23-48
  Ⅰ. The Anatomy of the Amygdaloid Complex  23-31
    Ⅰ-1. Afferent projections to the amygdaloid complex  23-27
      Ⅰ-1-1. Sensory inputs  24-25
      Ⅰ-1-2. Prefrontal contex inputs  25-26
      Ⅰ-1-3. Hypothalamus inputs  26
      Ⅰ-1-4. Neuromodulator systems inputs  26-27
      Ⅰ-1-5. Other inputs  27
    Ⅰ-2. Efferent projections from the amygdaloid complex  27-30
      Ⅰ-2-1. Cerebral cortex outputs  28
      Ⅰ-2-2. Prefrontal cortex outputs  28-29
      Ⅰ-2-3. Input to Hypothalamus  29
      Ⅰ-2-4. Inputs to other regions  29-30
    Ⅰ-3. Intra-amygdaloid connections  30-31
  Ⅱ. The electrophysiological properties of the amygdaloid complex  31-33
    Ⅱ-1. Projection cells  31-32
    Ⅱ-2. Interneuron  32-33
  Ⅲ. The amygdaloid complex and memory consolidation  33-48
    Ⅲ-1. Fear conditioning  33-35
    Ⅲ-2. Pharmacological studies  35-37
    Ⅲ-3. Lesion studies  37-39
    Ⅲ-4. Electrical stimulation studies  39-40
    Ⅲ-5. The noradrenergic influences on the amygdala in memory consolidation  40-45
    Ⅲ-6. Amygdala influences on the locus coeruleus noradrenergic system  45-48
Chapter 1 The influence of locus coeruleus activation by foot shock or electrical stimulation on the neuronal activity of the amygdala neurons  48-69
  Ⅰ. Introduction  48-49
  Ⅱ. Material and method  49-53
    Ⅱ-1. Animal and surgery  50
    Ⅱ-2. Data collection  50-51
    Ⅱ-3. Foot shock stimulation  51
    Ⅱ-4. LC stimulation  51
    Ⅱ-5. Pharmacology  51-52
    Ⅱ-6. Histology  52
    Ⅱ-7. Data analysis  52-53
  Ⅲ. Result  53-63
    Ⅲ-1. Histology  53
    Ⅲ-2. LC responses to foot shock  53-55
    Ⅲ-3. BLA responses to foot shock  55-57
    Ⅲ-4. Simultaneous recording from BLA and LC during foot shock  57
    Ⅲ-5. BLA response to LC stimulation  57-60
    Ⅲ-6. Effect of Timolol infusion in the BLA  60-63
  Ⅳ. Discussion  63-69
Chapter 2 The alteration of neuronal activity in the basal lateral nucleus of amygdala and the locus coeruleus during inhibitory avoidance conditioning  69-94
  Ⅰ. Introduction  69-71
  Ⅱ. Material and method  71-79
    Ⅱ-1. Animal and surgery  71-72
    Ⅱ-2. Micro-drive for electrode manipulation  72-73
    Ⅱ-3. Electrode Implatation  73
    Ⅱ-4. Chronic recording procedure  73-74
    Ⅱ-5. Behavioural task  74-75
    Ⅱ-6. Histology  75-76
    Ⅱ-7. Data analysis  76-79
  Ⅲ. Results  79-90
    Ⅲ-1. Histology  79
    Ⅲ-2. Initial step-through latency of inhibitory avoidance conditioning  79-81
    Ⅲ-3. Neuronal activity of LC during inhibitory avoidance conditioning  81-84
    Ⅲ-4. Neuronal activity changes of BLA during inhibitory avoidance conditioning  84-90
  Ⅳ. Discussion  90-94
Chapter 3 Sleep pattern changes during inhibitory avoidance conditioning  94-123
  Ⅰ. Introduction  94-104
    Ⅰ.1. General concepts and definitions  94-96
      Ⅰ.1.1 Sleep stages  94-95
      Ⅰ.1.2 Memory categories  95
      Ⅰ.1.3 Memory stages  95-96
    Ⅰ.2 Sleep and memory  96-102
      Ⅰ.2.1 Sleep and memory encoding  96-98
      Ⅰ.2.2 Sleep and memory consolidation  98-102
        Ⅰ.2.2.1 Human studies  98-100
        Ⅰ.2.2.2 Animal studies  100-102
      Ⅰ.2.3 Sleep and memory reconsolidation  102
    Ⅰ.3 The influences of stress on sleep  102-104
  Ⅱ. Material and method  104-108
    Ⅱ.1 Preparation  104-105
    Ⅱ.2 Behavioral procedure  105-107
    Ⅱ.3 Sleep recording and scoring  107-108
  Ⅲ. Results  108-119
    Ⅲ.1 Initial step-through latency of inhibitory avoidance conditioning  108-109
    Ⅲ.2 Sleep latency  109-111
    Ⅲ.3 REM latency  111-112
    Ⅲ.4 Number of REM episodes  112
    Ⅲ.5 Average REM episode duration  112-113
    Ⅲ.6 Sleep pattern changes after retrieval test  113-118
    Ⅲ.7 Sleep spindle density  118-119
  Ⅳ. Discussion  119-123
General discussion and conclusion  123-129
References  129-150
List of Publication  150-151
Acknowledgement  151-152

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中图分类: > 生物科学 > 生理学 > 神经生理学
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