感觉刺激对小脑浦肯野细胞活动及突触传递的影响机制

小脑运动学习通常是指外界感觉信息通过苔状纤维和爬行纤维传入后而引起平行纤维(PF)与浦肯野细胞(PC)突触结构和功能的可塑性改变，小脑环路突触可塑性是运动学习的重要突触机制。到目前为止，有关小脑浦肯野细胞的生理活动以及PF-PC突触可塑性的诱发条件和发生机理的研究还主要停滞在小脑切片实验上，缺乏在体膜片钳实验数据，自然感觉刺激对PC活动和突触传递的影响机制以及能否诱发PF-PC突触可塑性还十分不清楚。在阐明离体小脑平行纤维突触前长时程增强（LTP）和压抑（LTD）发生机理的基础上，申请人将应用在体膜片钳、组织化学和神经药理学等手段，研究感觉刺激对小鼠小脑皮层PC电活动和突触传递的影响机制，探索自然刺激诱发小脑PF-PC突触可塑性的发生条件，探讨小脑运动学习的突触机制。

摘要：外部信息可通过平行纤维和爬行纤维传入小脑皮层,经精密运算与综合后，由浦肯野细胞（Purkinje cells，PCs）发出各种输出指令，来完成各种生理活动。传统理论认为感觉信息通过苔状纤维-颗粒细胞-平行纤维途径传人小脑皮层后，兴奋一束平行纤维及其支配的PC，但自然感觉刺激始终没能诱发一束小脑皮层PC产生兴奋，感觉信息在小脑皮层中的传递机制还不明确。因此，我们应用在体膜片钳、小脑表面灌流给药和生物素染色等技术手段，研究了小脑PC和分子层中间神经元（Molecular layer interneurons, MLIs）对感觉刺激小鼠三叉神经感觉传入支诱发反应的突触机制和药理学特征。研究发现感觉刺激不能兴奋PC，反而导致 PC产生抑制，并伴有放电暂停，感觉刺激只有在阻断GABAA受体活性后，才可以诱发PC兴奋。 而感觉刺激的确诱发MLIs兴奋，产生峰电位放电。在电压钳记录模式下，感觉刺激诱发感觉刺激诱发MLIs产生兴奋性突出后电流（excitatory postsynaptic currents, EPSCs）,EPSCs的产生时程和幅值随分子层深度不同而变动，振幅最大、时程最短的EPSCs诱发在分子层深层、具有篮状细胞型突触联系的MLIs。另外， 感觉刺激诱发MLIs产生EPSCs的峰值时间明显快于PC的抑制性突触后电位的峰值时间，表明感觉刺激诱发中间神经元产生动作电位进而导致浦肯野细胞产生环胞体抑制。此外，我们还研究了电刺激平行纤维和感觉刺激三叉神经传入支诱发平行纤维-浦肯野细胞突触可塑性的条件和发生机制，发现电刺激活体动物小脑皮层分子层可以在平行纤维-浦肯野细胞突触诱发由内源性大麻介导的长时程压抑，而不是长时程增强。. 本课题主要研究结果表明抑制控制小脑浦肯野细胞对信息的传递与整合，传统的 “兴奋理论”存在缺陷，需要完善与发展。研究成果将有助于揭示小脑运动学习和运动调节机制。