小脑皮层神经元对感觉信息传递的突触与时空机制

The classical theory asserts that sensory information coming from outside induces excitation of Purkinje cells (PC). However, we found that sensory stimulation failed to fire PCs, but induced spike firing in molecular layer interneurons (MLI), resulted in an inhibition with a pause of spike firing in PCs. Blockade GABAA receptor activity, the same stimulation induced simple spike firing in PCs. Our present results suggested that MLIs exhibited more faster and sensitive and synchronous responses than PCs. To understand the synaptic and temperal-spatial mechanisms of the sensory stimulation-induced inhibition of PCs and excitation of MLIs, we will use duo- electrophysiological recording (in vivo patch-clamp or cell-attached recording), histochemistry and neuropharmacology methods to study the interactions of various cerebellar cortical neurons during the sensory information processing. We aim to understand the synaptic, neuronal network and temperal-spatial mechanisms of the sensory stimulation-induced inhibition of PCs and excitation of MLIs, and reveal whether the MLIs exhibited synchronous activity during the sensory information transmissing. We also study the effects of the antagonist and antagonist of glutamate and GAGA on the sensory information transmission in cerebellar cortex, and to understand the synaptic and receptor's mechanisms of the sensory information transmission in cerebellar cortex. Together, our goal is to understand the synaptic and temperal and spatial mechanisms of sensory information transmission in cerebellar cortex, and to accomplish our theory of sensory information transmitting and integrating in cerebellar cortex.

一般认为外部信息传入小脑皮层后兴奋浦肯野细胞（PC），而我们前期研究发现感觉刺激诱发分子层中间神经元（MLI）放电，而PC出现抑制、放电暂停；阻断GABAA受体活性后,感觉刺激诱发PC产生单纯性放电，提示感觉刺激引起MLI同步放电而导致PC抑制。为了进一步明确感觉刺激诱发PC抑制、MLI兴奋的突触和时空机制，我们拟应用双通道记录（在体膜片钳或细胞贴附式记录）、组织化学和神经药理学手段，研究小鼠小脑皮层各种神经元在感觉信息传递过程中的相互关系，明确感觉刺激诱发PC抑制和中间神经元兴奋的突触、网络及时空机制，揭示MLI在小脑皮层感觉信息传递过程中是否同步活动；研究兴奋性谷氨酸和GABAA受体激动剂和阻断剂对在小脑皮层感觉信息传递的影响，明确感觉信息传递的递质与受体机制。最后，阐明小脑皮层神经元对感觉信息传递的突触与时空机制，完善拥有自主知识产权的小脑感觉信息传递与整合理论。

传入到小脑皮质的外部信息经运算与整合后，由浦肯野细胞（PC）发出各种指令,完成生理功能，但感觉刺激诱发神经元突触传递的时空机制不清。本项目应用双通道膜片钳或细胞贴附式记录、组织化学和神经药理学手段，研究小鼠小脑皮层神经元对感觉信息突触传递的相互关系及突触可塑性的诱发机制，阐明了感觉信息在小脑皮层中传递与整合，以及诱发突触可塑性的相关机制。.（1）发现颗粒细胞在传递信息方面具有高保真特性，其反应频率可以高达几百赫兹，可以准确表达刺激的开始与结束而；当感觉信息经颗粒细胞的轴突-平行纤维传入分子层后，只有低于1Hz的感觉信息才能经平行纤维传递给分子层中间神经元，诱发分子层中间神经元-浦肯野细胞的GABA能突触传递, 表明分子层中间神经元在高频感知信息处理过程中起到了低通滤波器的作用。.（2）发现给予1Hz 的吹风刺激后，MLI-PC 突触传递可产生 P1 的振幅出现长时程减小，出现了长时程抑制，这种 LTD 的产生机制可能是 1Hz 的感觉刺激活化小脑皮层 NMDA 受体，导致突触前CB1受体活化，从而减少MLI-PC突触间GABA能传递的LTD。.（3）发现NMDA 受体在哺乳动物小脑皮层神经环路功能活动中起重要作用。小脑皮层 CF-PC 突触内 NMDA 受体参与调节自发性 CSs 放电活动，并增强 AHP 振幅，调节简单峰电位活动，影响 PC 的指令输出。此外，NMDA受体在分子层中间神经元-浦肯野细胞的感觉信息突触传递过程中其关键作用。.（4）发现感觉信息传入小脑皮层后诱发MLIs同步兴奋，导致PC抑制，而感觉刺激在分子层和颗粒层诱发的抑制性反应潜伏期没有显著性差异。灌流GABAA和AMPA受体阻断剂也可以完全消除感觉刺激在分子层和颗粒层诱发的抑制性反应，提示感觉刺激在分子层和颗粒层诱发的抑制性反应成分来源于平行纤维的兴奋性传入（待发表数据）。.