CF-FM蝙蝠下丘对回声定位行为相关声信号的加工模式及生理机制研究

The CF-FM sound signal emitted by echolocating bats is a complex and echolocation behavior-related sound signal and is used both to perceive living surrounding and to communicate between the bats within species and interspecies, which it has the similar functions to the human vision and speech sound. Up to now, it is known very few for how to process the complex sound signals in our brain, but seeking the evidence for the mechanism of behavior-related sound signal processing based on the neurons and neural circuits always does not given up. So, we shall attempt to investigate the pattern and physiological mechanism of echolocation behavior-related sound signal processing in the inferior colliculus (IC) of CF-FM bat in present proposals using the electrophysiological methods and probe the species-specific property of CF-FM signal processing, electrophysiological mechanism, auditory information channel from the IC to the higher auditory structures and the role of interaural property in the single-on and double-on responders or neurons. The results obtained in present study provide possibly some new knowledge and experimental evidences for further understanding the mechanism of behavior-related sound signal processing and the diagnosis of hearing disease in the central auditory structures.

回声定位蝙蝠所发出的CF-FM信号既用于回声定位以感知生存环境，也用于种内和种间的通讯，具有类似于人“视觉”和“声语言”的功能。目前人们对大脑怎样加工复杂声所知甚少，一直在寻找建立在细胞和回路基础上的行为相关声信号加工的机制方面的证据。本项目将采用神经电生理等方法，研究“CF-FM蝙蝠下丘对行为相关声信号的加工模式及生理机制”，探讨“CF-FM信号加工模式的种属特异性，电生理机制，从下丘向高位中枢投射的信息通道，以及双耳听觉在两种反应模式中的作用”。所获得的研究结果可为进一步了解行为相关声信号的加工模式及机制，以及为临床听觉中枢功能异常的诊断等提供某些依据和参考。

目前人们对大脑怎样加工复杂声所知甚少，一直在寻找建立在细胞和回路基础上的行为相关声信号加工机制方面的证据。本实验室率先在CF-FM蝙蝠下丘（inferior colliculai，IC）发现对行为相关的CF-FM声信号的单反应（SO）和双反应（DO）加工模式，但其行为学功能仍有待更多研究来揭示。因此，本项目在普氏蹄蝠（Hipposideros pratti）IC采用多种电生理记录与离子电泳导入神经递质拮抗剂相结合的方法研究了神经元的声信号加工。这些研究包括：不同动物IC对CF-FM信号加工的种属特异性比较；普氏蹄蝠IC两类神经元的强度-时相特性与其行为之间的关系；IC频率调谐中的时相或/和频谱整合的电生理机制；神经抑制在定型IC神经元两种反应模式中的作用；AC对IC神经元反应潜伏期的调制；以及AC对IC两类神经元加工两种声成分的精细调控。研究共获得600多个神经元，其基本特性-记录深度、最佳频率和最小阈值范围分别为500~4119 µm、15~67 kHz和25~96 dB SPL。研究结果提示：（1）对不同类型动物下丘对CF-FM信号加工的比较研究发现，其种属特异性为CF-FM蝙蝠>FM蝙蝠>小鼠。（2）IC的SO和DO神经元的时间-强度特性能很好地与其回声定位行为相匹配。（3）频率调谐研究结果显示：①4种类型的反应参与了IC神经元频率调谐的时相或/和频谱整合；②可能的机制：A, 整合过程中存在总和与相互作用；B, 异频反应之间有频谱也有时相整合；C, 同频反应之间只有时相整合。③定型听中枢神经元频率调谐可位于不同核团内。（4）电泳导入抑制性神经递质受体拮抗剂后显示，神经抑制参与了SO和DO模式的定型。（5）AC对IC潜伏期的精细调制为听觉信息上传至AC，提供了一种有效的时间顺序策略。（6）AC对IC加工2种声成分的调制，确保了有生物学意义的声信息到达AC。