双耳听觉的脑干神经环路研究

Hearing has been considered binaural. Extensive anatomic and physiological studies of binaural processing have been performed, but it still unclear the underlying microsynaptic circuits. The circuits have been thought in the auditory brainstem nuclei. The brainstem auditory system is composed of the cochlear nucleus (CN), superior olivary complex (SOC) and nucleus of the lateral lemniscus (NLL). Each of them consists of multiple sub-nuclei, which form excitatory and inhibitory projects to the inferior colliculus binaurally or monaurally. However, it has not yet been explored how the brainstem auditory nuclei work together as the system for sending auditory information to the ICC. Based on the previous studies and our preliminary experiment results, we hypothesize that the auditory brainstem contains three modulation circuits (MC1-3), which play as switches to select the excitation and inhibition from one ear modulated by another sending to IC depending on a binaural balance. We partially confirmed this hypotheses by whole-cell recordings of IC neurons responding to interaural level and time differences in vivo from awake mice, and techniques of opotogenetics and immunohistology. Therefore, we are going to systematically reveal the mechanism underlying binaural processing in auditory brainstem by loose patch and whole cell recording in vivo in awake normal and mutant animals, with opotogenetic, immunohistological and pharmacological techniques.

双耳听觉神经环路主要集中在脑干核团，包括耳蜗核、上橄榄复合体、外侧丘系核，每一核团含至少3个子核团，最后形成复杂的兴奋性或抑制性纤维单侧或双侧地投射下丘。虽经大量解剖和生理学研究了解了单核团的作用或几个核团间的投射作用关系，但脑干核团如何共同作用处理双耳信息的神经环路和机制仍不明确。据研究论文、我室前期研究和预实验结果，提出听觉脑干双耳信息调制转换开关神经环路假说：听觉系统脑干核团的复杂交互投射关系形成了三个调制神经环路，分别起着对侧和同侧兴奋性与抑制性输入的转换开关作用，即下丘神经元在处理双耳信息时只是选择了下位核团整合的对侧或同侧信息。我们预实验结果已部分证实这一假说。本项目拟通过在体清醒动物全细胞记录、光遗传学方法、免疫组化技术和局部药物干预，结合耳蜗损毁或听神经麻醉，及内外毛细胞致聋转基因动物，系统解析双耳听觉的脑干神经环路，以期详细阐明声源定位的双耳信息处理机制。

双耳听觉神经环路主要集中在脑干核团，包括耳蜗核、上橄榄复合体、外侧丘系核，每一核团含至少3个子核团，最后形成复杂的兴奋性或抑制性纤维单侧或双侧地投射下丘。虽经大量解剖和生理学研究了解了单核团的作用或几个核团间的投射作用关系，但脑干核团如何共同作用处理双耳信息的神经环路和机制仍不明确。据研究论文、我室前期研究结果，提出听觉脑干双耳信息调制转换开关神经环路假说：听觉系统脑干核团的复杂交互投射关系形成了三个调制神经环路，分别起着对侧和同侧兴奋性与抑制性输入的转换开关作用，即下丘神经元在处理双耳信息时只是选择了下位核团整合的对侧或同侧信息。我们已通过声恐惧模型，经清醒小鼠在体膜片钳记录，以及光遗传学、行为学、免疫组化和药物干预等方法，结合耳蜗损毁或听神经麻醉，及内外毛细胞致聋转基因动物，系统解析双耳听觉的脑干神经环路，以及详细阐明声源定位的双耳信息处理机制。发现下丘双声反应神经元的三条下位核团整合通路及其反应取决于下位核团整合并起到同侧或对侧输入信息的转换作用，发现下丘双耳声神经元来自双侧下丘背侧、下丘声强反应神经元的形成是高强度的抑制作用，发现条件声在颞联皮层的特殊可塑性、聚氨酯提高了听觉神经元对音调的反应，解析了清醒动物的麻醉药的代谢过程。在 Neuroreport, frontier in neuroscienc 等国际同领域期刊发表原创性科研论文 12篇，其中一区论文1篇，二区论文5篇，三区论文4篇，四区论文2篇。培养青年教师1人，博士生9人，硕士生15人。其中2人获自然科学基金面上和青年项目支助。