小鼠视觉发育前关键期视皮层神经元反应特性与突触可塑性

背景人类及哺乳动物的视觉发育主要是在生后关键期内完成的，但此期并非是哺乳动物接受视觉经验刺激的最早期。小鼠等哺乳动物视觉发育的关键期前还存在前关键期。目前，前关键期视皮层神经元的反应特性及突触可塑性研究仍处于探索阶段。目的探讨小鼠前关键期视皮层神经元的反应特性及突触可塑性特点。方法选择生后13～17d的C57BL／6J小鼠48只，分别采用在体膜片钳全细胞记录及离体脑片膜片钳全细胞记录法记录小鼠视皮层第Ⅳ层神经元的电生理反应。在体记录在小鼠麻醉下进行，在电流钳模式下给予步阶电流刺激，测量其在体膜反应特性。给予最优刺激参数的移动光棒刺激，测量其视觉诱发反应特性。完成在体实验后行离体实验，分别测量神经元离体膜反应特性及白质-第Ⅳ层通路刺激条件下的诱发反应特性。采用随机数字表法将实验动物随机分成4个组，各组雌雄比例分配均匀。每组测定12个细胞，按照刺激频率的不同分别行低频刺激（LFS）和高频刺激[0波脉冲刺激（TBS）]模式训练，按照刺激时序的不同进行突触前一后（pre-post）模式和突触后-前（post—pre）模式训练，在-70mV电压钳制下分别记录训练前后兴奋性突触后电流（EPSCs）。采用pClmap10软件对原始数据进行预处理，采用Matlab2008a软件进行统计分析。结果在体成功记录的细胞数为39个，离体记录48个。在体和离体条件下视皮层第Ⅳ层神经元稳态平均发放动作电位（AP）个数分别为1．01±0．03和1．01±0．05，AP阈值分别为（-40．2±3．2）mV和（-39．6＋2．0）mV，阈电流水平分别为（126．7±17．4）pA和（129．6±17．5）pA，差异均无统计学意义（AP数：t=0．512，P=0．610；AP阈值：t=-1．074，P=0．286；阈电流：t=-0．776，P=0．440）。在体最优视觉刺激条件下平均膜电位峰值幅度为（7．3±4．3）mV，鲜见AP；离体最强通路刺激条件下平均膜电位峰值反应幅度为（6．4±2．8）mV，未见AP，在体与离体记录的平均膜电位峰值幅度差异无统计学意义（t=1．234，P=0．221）。离体条件下，LFS训练前后EPSCs幅度分别为（138．1±51．9）pA和（76．1±34．8）pA，差异有统计学意义（t=4．437，P=0．001），而TBS训练前后EPSCs幅度差异无统计学意义（t=-0．756，P=0．466），pre—post训练前后EPSCs幅度分别为（122．4±62．2）pA和（78．55±46．7）pA，postpre训练前后分别为（131．9±48．0）pA和（74．35±30．7）pA，差异均有统计学意义（pre—post：t=3．558，P=0．004；post—pre：t=4．283，P=0．001）。结论前关键期小鼠视皮层第Ⅳ层已完成神经回路的基本构建，但神经元的膜反应性以及突触连接仍未成熟。在低频或高频突触前后时序差异性输入条件下，突触功能受到抑制，而在高频输入条件下突触功能得到继续保持。前关键期小鼠视觉神经系统的发育具有不同于关键期的特征。