雌激素调节成年雄性斑胸草雀前脑核团电生理活动和突触可塑性对鸣唱行为的影响研究

Songbirds are considered to be important model animals at studying learning and production of human language. Forebrain nuclei-HVC (used as a proper name) and the robust nucleus of the arcopallium (RA) are critical to modulate singing behavior. The recent research has shown that estrogens can improve the song stability of adult songbirds. Electrophysiological activities and synaptic plasticity of HVC and RA are related to song stability. Whether estrogens affect electrophysiological activities and synaptic plasticity of HVC and RA eventually lead to song stability need to be further explored. This study aims to explore estrogens regulation HVC and RA’s electrophysiological properties, synaptic plasticity and singing behaviors using in vivo and vitro electrophysiological recording techniques, whole-cell patch clamp recording techniques,combined with ethological and histological methods. This research will provide evidence of estrogens regulation electrophysiological activities and synaptic plasticity of related nuclei causing singing behavior changes, further to provide theoretical basis of neural mechanisms that estrogens maintain stability of human language.

鸣禽被认为是研究人类语言学习与产生的重要模式动物。其中，鸣禽前脑核团-高级发声中枢（HVC）和弓状皮质栎核（RA）在调控鸣唱行为方面发挥关键作用。激素可以调节包括鸣禽在内的脊椎动物的发声行为。最新研究表明，雌激素可以提高成年鸣禽鸣曲稳定性。HVC、 RA的电生理活动和突触可塑性与鸣曲稳定性高度相关。雌激素是否影响HVC、RA的功能，并最终导致鸣唱行为的改变，需进一步探究。该课题运用在体、离体脑片电生理记录技术、全细胞膜片钳记录技术并结合行为学、组织学等方法，探究雌激素对成年雄性斑胸草雀HVC、RA电生理活动和突触可塑性的相关机制及其对鸣唱行为的影响。本课题的开展可为揭示雌激素调节鸣唱核团的活动引起鸣唱行为变化提供证据，并可进一步为雌激素对人类语言维持的神经机制提供理论依据。

鸣禽被认为是研究人类语言学习与产生的重要模式动物。其中，鸣禽前脑高级发声中枢HVC和弓状皮质栎核（RA）在调控鸣唱行为方面发挥关键作用。激素可以调节包括鸣禽在内的脊椎动物的发声行为。本课题首先发现，雌二醇（17β-Estradiol，E2）用微透析方法注入RA以及HVC引起鸣唱稳定性下降；然后用全细胞膜片钳记录方式发现E2快速降低RA投射神经元的兴奋性，这种兴奋性通过超极化膜电位实现，进一步研究发现，E2快速降低RA投射神经元微小兴奋性突触传递频率和幅度。E2快速降低高级发声中枢（HVC）-RA，新纹状体前部巨细胞核外侧部（LMAN）-RA和RA-RA的诱发兴奋性突触传递以及配对脉冲比值，且这种作用通过结合GPER发挥作用；同时E2快速降低了RA投射神经元的微小抑制性突触传递的频率和幅值，且快速降低RA-RA的诱发抑制性突触传递及配对脉冲比值；激活G蛋白偶联膜结合雌激素受体（GPER）模拟E2作用，而失活GPER阻断E2对RA神经元电活动和突触传递的影响。通过免疫荧光技术发现，E2处理导致兴奋性谷氨酸受体NR2B/NR2A比值和抑制性递质受体GABAAR 表达下降；运用高尔基染色发现，E2处理与对照组相比树突棘密度下降。这些结果说明E2降低鸣曲稳定性是通过降低RA电生理活动和降低上游通路的兴奋性突触传递以及内在抑制性突触传递有关，而突触传递改变与E2下调RA核团兴奋性/抑制性递质受体表达相关以及上游囊泡递质释放改变有关。本课题的开展为揭示雌激素调节鸣唱核团的活动引起鸣唱行为变化提供证据，并可进一步为雌激素对人类语言维持的神经机制提供理论依据。