去势对成年雄性斑胸草雀HVC神经元电生理特性的影响

鸣唱控制系统的高级发声中枢HVC（high vocal center）是发声运动通路和前端脑通路的始端，是发声行为的起始控制脑区，亦可接受听觉信号的输入及反馈，是鸣禽鸣唱调控最为重要的脑区.以往研究表明,雄激素及其代谢产物对鸣禽鸣唱控制有重要作用.去势显著改变鸣禽体内激素含量，进而影响鸣禽鸣曲稳定性，但其具体机制尚未阐明.我们运用全细胞膜片钳记录法，在离体细胞水平研究了去势引起的雄激素水平降低对HVC不同神经元电生理特性的影响.研究结果显示,去势组与对照组相比，投射神经元HVCRA，HVCX膜输入电阻减小，膜时间常数降低，动作电位后超极化幅值升高及达到峰值时间延长，表明雄激素可以提高两类投射神经元的兴奋性. 综上所述，雄激素可以一定程度上提高HVC神经元的兴奋性，雄激素可增强HVC对发声运动通路（vocal motor pathway,VMP)的控制，抑制前端脑通路(anterior forebrain pathway,AFP)来实现维持鸣曲的稳定.     

损毁LMAN逆转去势引起的成年雄鸟鸣曲变化

以成年雄性斑胸草雀为研究对象,去势后成年雄鸟鸣曲空间结构显著改变,平均频率和峰频率下降,主题曲相似度降低,鸣曲稳定性下降;损毁LMAN后,平均频率、峰频率、主题曲相似度都恢复到去势前水平.去势引起鸣曲结构和稳定性变化.损毁LMAN逆转鸣曲的变化表明LMAN对雄激素(睾酮)调节鸣曲变化至关重要.     

去势对成年雄性斑胸草雀X区神经元电生理特性的影响

X区内棘神经元(spiny neurons,SN)接受HVC和LMAN谷氨酸能投射,并发出GABA能抑制性信息至无棘快发放神经元(the aspiny,fast-firing neurons,AF),SN与AF这两类神经元形成了X区内部的突触联系.最终由AF神经元发出信息传递至丘脑DLM.采用膜片钳电生理技术,将成年雄性斑胸草雀分为对照组和去势组,记录分析X区神经元电生理特性.结果表明,去势提高SN神经元兴奋性,降低AF神经元兴奋性.     

听觉剥夺对成年雄性斑胸草雀鸣唱行为和LMAN核团的影响

对成年雄性斑胸草雀听觉剥夺引起鸣曲声谱结构和音节参数的变化进行分析,利用焦油紫染色等方法,检测了听觉剥夺对LMAN核团平均面积、体积和核团内的细胞面密度的影响。成年雄性斑胸草雀致聋后14 d,声谱结构出现畸变,音节的熵值和熵值变异数均发生显著变化,表明斑胸草雀成年后稳定的鸣曲需要听觉反馈来维持,失去听觉导致致聋鸟变成聋哑鸟。同时LMAN核团的平均面积和体积有明显减小的趋势,LMAN核团内的细胞面密度下降,说明了致聋导致鸣唱行为的畸变,可能与致聋所导致其脑内发声学习通路中的输出核团-LMAN核团退化有关,该结果为探究LMAN核团在鸣禽发声系统中的功能和揭示致聋后聋哑变化可能的机理提供了理论参考。     

去势对成年雄性斑胸草雀鸣曲的影响

性激素在调节鸣禽鸣唱稳定性方面发挥关键作用.通过去势观察成年雄性斑胸草雀鸣曲变化.去势手术之后,去势组雄性斑胸草雀血浆中睾酮水平降低,衡量鸣曲稳定性的几个参数发生改变,即鸣曲相似度降低,熵值升高,基频、调频的变异系数增大.提示雄激素有助于稳定鸣禽的鸣曲结构.     

去势对成年雄性斑胸草雀HVC-RA突触可塑性的影响

应用在体电生理方法研究了去势前后成年雄性斑胸草雀发声运动通路中HVC-RA 突触的可塑性变化,进一步探讨雄激素在调节鸣唱行为中的作用和机制.结果表明:低频刺激可引起 HVC-RA突触群体峰电位幅度的短时程抑制(Short-term depression, STD),高频刺激可引起群体峰电位幅度的长时程抑制(Long-term depression, LTD).而去势后30 d,鸣曲稳定时再给予同样的条件刺激,发现无论低频或高频刺激,HVC-RA 突触的短时程抑制和长时程抑制现象同时消失.研究结果显示:鸣曲稳定性可能依赖于HVC-RA通路的突触可塑性,雄激素在维持鸣曲稳定过程中发挥重要作用.     

雄激素对成年雄性斑胸草雀鸣唱系统NR2B表达的影响

对成年雄性斑胸草雀去势和埋置睾酮,改变体内雄激素水平.用免疫组织化学方法检测雄激素对鸣唱系统NR2B蛋白表达的影响,探究雄激素在调节成年鸣禽鸣唱中的作用及可能的机制.实验结果表明:去势后,血浆雄激素水平显著降低,HVC、RA、LMAN核团中NR2B表达显著增加.相反,去势后埋置睾酮使体内雄激素水平比正常值显著增加,LMAN核团NR2B表达显著降低,在HVC和RA中也呈现下降趋势.实验结果提示:雄激素可以调节成年鸣禽鸣唱系统部分核团NR2B表达,可能引起成年鸣禽鸣唱和神经可塑性变化.     

雄激素对成年雌性斑胸草雀RA核团投射神经元电生理特性的影响

以成年雌性斑胸草雀为实验材料,利用膜片钳技术,探究埋植睾酮后RA(robust nucleus of the arcopallium)核团投射神经元电生理特性.研究结果显示:埋植组与正常雌鸟组相比,动作电位半宽显著减小,后超极化达峰值时间极显著缩短,膜输入阻抗显著减小,膜电容极显著增大.提示埋植睾酮后RA核团投射神经元的兴奋性提高,趋于雄性化.推测雄激素在一定程度上提高RA核团投射神经元兴奋性,进而使其长鸣趋于雄性化.     

混沌系统中的预测同步现象

运用数值模拟方法,研究了由两个完全相同的Hindmarsh-Rose神经元通过单向延迟反馈耦合连接组成系统的动力学行为.研究结果表明,当延迟时间和耦合强度在适当的范围内取值时,从动神经元发生放电活动时所产生的动作电位,能够预测主动神经元发生放电活动时所产生的动作电位,即出现了预测同步现象.     

神经元集群的相位编码模式

根据神经元动作电位的发放特性,将其描述为神经振子,引入相位方法建立关于神经元集群编码活动的模型.通过对模型的分析与数值模拟结果表明Fisher信息量随着有效相宽呈缓慢减小后迅速增加的趋势,并随着神经元密度的增大而增大.集群编码活动所能达到的最小误差与神经元密度呈单调递减关系,它的精度实现依赖于集群的规模大小.     

成年雄性斑胸草雀脑多巴胺D1受体的分布

多巴胺是脑内关键的神经递质,它通过与多巴胺受体的作用及其下游的一系列反应来影响基因表达、神经调节和行为活动.在成年鸣禽中,中脑多巴胺能神经元投射到X区、HVC和RA等鸣唱相关核团,释放多巴胺的量受一定社会情境的影响,从而表现出directed song和undirected song等不同鸣唱行为.获得斑胸草雀脑中多巴胺受体的表达情况,为与社会情境有关的鸣唱行为及其他和多巴胺相关的行为活动的神经机制探究提供了基础,并可促进行为学、电生理等方面的研究.我们发现D1受体在斑胸草雀脑中的分布与其mRNA的分布基本一致:在脑的绝大部分区域都有分布;主要鸣唱核团HVC和RA有表达,与其周围区域差异不明显;LMAN中表达量较少;DLM中的表达量较高,并与其周围区域差异明显.但是纹状体内的表达与其周围区域的差异性没有mRNA明显;GCT中的表达量较多,与周围区域差异明显.     

成年斑胸草雀弓状皮质栎核投射神经元电生理特性的性别差异

利用离体脑片膜片钳技术检测RA投射神经元电生理活动的主动和被动特性，对其性别差异进行探讨.结果发现鸣禽RA投射神经元电生理特性在发放频率和诱发动作电位幅值方面存在明显的性别差异.     

The role of sex steroids in the acquisition and production of birdsong

Male birdsong is generally regarded as a secondary sexual characteristic under the control of gonadal steroids. Song typically waxes and wanes with the seasonal cycle of testicular growth and regression and decreases after adult castration. Testosterone therapy reinstates song, induces it in females, augments it in intact males, and spring testosterone profiles correlate with seasonal song production. Thus, testosterone has been viewed as a major factor in song acquisition and production acting either directly, or after aromatization within the brain. We show here, however, that song learning and early phases of the development of singing both take place in castrated male birds with no significant levels of testosterone in their blood plasma. Testosterone seems to be required for song crystallization, however. Oestradiol was unexpectedly still present after castration, evidently from a non-testicular source, throughout the period of male song acquisition.     

Projection neurons within a vocal motor pathway are born during song learning in zebra finches

Many birds learn song during a restricted 'sensitive' period. Juveniles memorize a song model, and then learn the pattern of muscle contractions necessary to reproduce the song. Of the neural changes accompanying avian song learning, perhaps the most remarkable is the production of new neurons which are inserted into the hyperstriatum ventralis pars caudalis (HVc), a region critical for song production. We report here that in young male zebra finches many of the new neurons incorporated into the HVc innervate the robust nucleus of the archistriatum (RA) which projects to motor neurons controlling the vocal musculature. Furthermore, far fewer of these new neurons are incorporated into the HVc of either adult males that are beyond the sensitive learning period, or young females (who do not develop song). Thus, a major portion of the vocal motor pathway is actually created during song learning. This may enable early sensory experience and vocal practice to not only modify existing neuronal circuits, but also shape the insertion and initial synaptic contacts of neurons controlling adult song.     

鸣禽鸣啭控制核团内GABA能神经元的分布研究

应用免疫组化方法对鸣禽粟鹀(Emberiza rutila)鸣啭控制核团内GABA能神经元的分布进行了研究，在高级发声中枢(HVC，high vocal center)，古纹状体粗核(RA，the robust nucleus of the archistrialum)，X区(Arca X)3个前脑核团内有GABA样免疫反应出现．HVC和RA中GABA能神经元胞体大小存在性别和季节间的差异．结果提示GABA能神经元可能参与了鸣禽鸣啭的产生和鸣啭学习。     

大鼠背根神经节神经元的分离方法及电生理特征探讨

在获取大鼠背根神经节神经元后,全细胞膜片钳技术记录动作电位和钠电流,探讨大鼠背根神经节细胞的分离方法和细胞形态以及电生理特征.结果显示,本实验能得到完整圆形或椭圆长条形的大鼠背根神经节体.正常的单个背根神经节神经元呈圆形或椭圆形,大小不等,胞膜清晰,折光性好,隐约可见细胞核.在背根神经节细胞上记录的动作电位呈正立锐角三角形,静息电位小,动作电位时程短.背根神经节神经元的钠通道最大电流密度为(-62.04±4.45)pA/pF,几乎能被河豚毒素(TTX)完全抑制.本实验分离方法简单易行,背根神经节神经元容易获得和辨认,电生理特征明确,适用于神经系统疾病的电生理特征研究和治疗药物观察.     

多巴胺对鸣禽发声相关神经元活动的调控

鸣禽多巴胺(DA)神经元主要分布于中脑腹侧被盖区-黑质体致密部(VTA-SNc复合体)和中脑导水管周围灰质(PAG),并分别发出纤维投射至鸣唱控制核团前脑纹状X区、弓状皮质栎核(RA)和高级发声中枢(HVC).近年研究表明,中脑向鸣唱控制核团中释放的DA可以调控鸣唱控制核团中神经元的活动,进而调节鸣禽的鸣唱行为.该文对近年来,多巴胺对鸣禽发声相关神经元活动的调控研究做一综述.     

鸣禽鸣啭系统的可塑性及长时程增强研究

鸣禽的鸣唱控制系统已成为研究神经系统与学习、行为和发育相关的一个重要模型.鸣禽的鸣啭表现出一种复杂的学习过程.鸣禽学习鸣啭的过程可以分为两个阶段.在感觉学习期,幼鸟必须听到成鸟的鸣啭,并形成鸣啭模板记忆;在感觉运动学习期,鸣禽通过听觉反馈与模板匹配逐步建立稳定的鸣啭.该文对近年来鸣禽鸣啭学习过程中的新生神经元及长时程增强研究进展进行综述.