對聽感覺運動門控自上而下調(diào)節(jié)的動物模型和神經(jīng)機制

對聽感覺運動門控自上而下調(diào)節(jié)的動物模型和神經(jīng)機制

分類號B845;B842在自然環(huán)境中，人和動物都經(jīng)常面臨著感覺信息的“泛濫”，即生物體會同時接收到大量的感覺刺激，而有限的大腦加工容量只能允許少量的信息進入到高級中樞系統(tǒng)接受深層次的加工。大腦在大量信息存在時排除無關(guān)信息干擾而提取出行為相關(guān)的目標信息并對其進行深度加工的能力依賴于兩種腦機制：一種是腦干水平的門控機制，一種是前腦水平的注意機制。對注意機制的研究是心理學(xué)和認知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域長期的熱點課題之一（Corbetta&Shulman,2002;Posner&Petersen,1990）。另一方面，由于門控機制的缺失與精神分裂癥等精神疾病信息加工異常和思維混亂的癥狀密切相關(guān)，因而也受到研究者的廣泛關(guān)注（Braff,Geyer,&Swerdlow,2001;Geyer,Krebs-Thomson,&Braff,2001）。然而，門控和注意并不是兩個獨立、割裂的過程，注意過程對門控過程自上而下的調(diào)節(jié)反映了大腦在復(fù)雜刺激場景下多項機能互動的特點，并開始逐漸受到相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者的重視（Li,Du,Li,Wu,&Wu,2009）。盡管如此，研究者們對門控過程自上而下調(diào)節(jié)的神經(jīng)機制還非常不清楚，本論文旨在建立和完善對聽感覺運動門控自上而下調(diào)節(jié)的動物行為模型并研究其潛在的神經(jīng)機制。驚反射（startlereflex）是指一個突發(fā)的強感覺刺激（比如打雷、對頭部的突然撞擊）引發(fā)的人或動物全身性的反射活動（Landis&Hunt,1939）。驚反射是一種建立在簡單中樞環(huán)路基礎(chǔ)上（Yeomans,Li,Scott,&Frankland,2002）應(yīng)對威脅性刺激的迅速的保護行為，但驚反射的出現(xiàn)使得任何正在進行的心理/行為活動被迅速打斷，因而會干擾到人（Foss,Ison,Torre,&Wansack,1989）和動物（Hoffman&Overman,1971）正常的認知加工和行為執(zhí)行。然而，中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有能抑制驚反射以減少其干擾影響的門控機制。驚反射的前脈沖抑制（prepulseinhibition,PPI）是出現(xiàn)在強的驚反射刺激之前一定時間內(nèi)的弱感覺刺激（前脈沖刺激）對驚反射產(chǎn)生的抑制作用（Buckland,Buckland,Jamieson,&Ison,1969;Hoffman&Ison,1980;Hoffman&Searle，1965）。PPI是一種跨哺乳動物種系所共有的門控現(xiàn)象，由于抑制的結(jié)果包括了驚反射幅度的下降，因此這一門控過程可能涉及對運動執(zhí)行系統(tǒng)特別是前運動系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，被認為是感覺運動門控過程（sensorimotorgating）的操作模型（Braff&Geyer,1990;Swerdlow,Keith,Braff,&Geyer,1991）。Graham的“加工-保護”理論（theprotection-of-processingtheory）認為，前脈沖刺激除了引發(fā)對該刺激的中樞加工外，同時也引發(fā)了一個門控過程以削弱對隨后的強干擾刺激的加工，以此來保護對前脈沖刺激信號的早期知覺編碼（Granham,1975）。因此，PPI實際上是通過運動系統(tǒng)的活動來反映腦內(nèi)信息加工的門控保護過程。PPI的中樞環(huán)路被證實位于皮層下的腦干部位（Fendt,Li,&Yeomans,2001;Li&Yue,2002;Swerdlow,Geryer,&Braff,2001），其核心結(jié)構(gòu)包括聽覺中腦下丘（inferiorcolliculus,IC）、上丘深/中層（deeper/intermediatelayersofsuperiorcolliculus）、以及橋腦腳被蓋核（pedunculopontinetegmentalnucleus,PPTg），因而PPI被認為是一種自動化的過程。但是，人類實驗心理學(xué)的實驗已經(jīng)證實，PPI受到注意和情緒等高級認知活動自上而下的調(diào)節(jié)（Lietal.,2009）。比如，在正常人中，對前脈沖刺激的選擇性注意和認知加工可以顯著地增強PPI（Dawson,Hazlett,Filion,Nuechterlein,&Schell,1993;Dawson,Schell,Hazlett,Nuechterlein,&Filion,2000;Filion&Poje,2003;Hawk,Redford,&Baschnagel,2002;Thorne,Dawson,&Schell,2005）。同時，有情緒色彩的前脈沖刺激（如令人恐懼的圖片）所引起的PPI顯著地強于由中性前脈沖刺激所引起的PPI（Bradley,Cuthbert,&Lang,1993;Bradley,Codispoti,&Lang,2006）。甚至，被試對電擊的預(yù)期也可以顯著地增強PPI（Grillon&Davis,1997）。由此可見，前脈沖刺激引發(fā)的注意和情緒等認知活動不僅可以下行性地強化前脈沖刺激在各級感覺中樞的信息加工，還可以下行性地增強對干擾刺激（驚刺激）觸發(fā)的運動的抑制，以進一步地保護對前脈沖刺激的加工。因此，對感覺運動門控的注意調(diào)節(jié)實際上增強了生物體對抗掩蔽干擾的能力，以適應(yīng)復(fù)雜刺激場景下對重要感覺信號的認知加工。感覺運動門控功能出現(xiàn)缺失會有怎樣的影響呢？大量的文獻表明感覺門控功能的缺失與精神分裂癥病人所表現(xiàn)出的認知混亂和思維異常有密切的關(guān)系（Braffetal.,2001;Geyeretal.,2001）。精神分裂癥病人表現(xiàn)出明顯的PPI缺失，而PPI的異常與精神分裂癥的幾種臨床癥狀存在相關(guān)（Braff,Swerdlow,&Geyer,1999;Perry&Braff,1994），并且，抗精神分裂癥藥物在緩解癥狀的同時也能減少PPI的缺失（Geyeretal.,2001;Hamm,Weike,&Schupp,2001）。這表明由感覺門控的缺失所產(chǎn)生的對干擾刺激失控性的過度加工是這種嚴重精神疾病的一個重要機理。然而，由于精神分裂癥是認知、情感和意識多方面異常的嚴重精神疾病，其關(guān)鍵癥狀更多地表現(xiàn)在高級認知層次上，如果感覺門控機能的缺失是其高級認知癥狀的一個重要成因，那么高級認知過程與門控過程之間的交互作用就是一個最為核心的問題。研究證實，在精神分裂癥病人中，注意對PPI的調(diào)節(jié)作用存在明顯的缺失（Dawsonetal.,1993,2000;Hazlett,etal.,2003;Hazlett,Romero,&Haznedar,2007），并且更重要的是，PPI的注意調(diào)節(jié)缺失而非PPI缺失本身與幾種精神分裂癥特異癥狀的嚴重性有更高的相關(guān)（Hazlettetal.,2007）。由此可見，研究高級認知活動對感覺運動門控過程的調(diào)節(jié)作用以及該調(diào)節(jié)過程如何受到精神分裂癥影響是推動精神分裂癥研究的核心課題。為了探索對聽感覺運動門控自上而下調(diào)節(jié)的心理學(xué)和神經(jīng)生物學(xué)機制，建立適當?shù)腜PI動物行為模型是關(guān)鍵的第一步，那么如何在實驗動物中引入注意等認知成分呢？情緒過程能影響在復(fù)雜刺激場景下的選擇性注意和對目標信號的覺察（Dolan,2002;Vuilleumier,2005;Meck&MacDonald,2007）。當一個中性信號經(jīng)過恐懼條件化而成為一個威脅性信號時，該信號能爭奪觀察者更多的注意資源并強化對該信號的知覺加工。本課題組之前的研究已證實，經(jīng)過聽覺恐懼條件化（與足底電擊精確匹配呈現(xiàn)）后的前脈沖刺激可以引發(fā)大鼠更強的PPI（Huangetal.,2007；Lietal.,2008;Zou,Huang,Wu,&Li,2007）。然而，對PPI的恐懼條件化調(diào)節(jié)并不是單純的注意調(diào)節(jié)，里面還包含了對條件化前脈沖刺激的長時程增強反應(yīng)，恐懼情緒及記憶的激活，警覺提高，以及注意啟動等一系列過程。盡管如此，對前脈沖刺激的恐懼條件化依然提供了一個賦予前脈沖刺激生態(tài)學(xué)意義，選擇性提高其知覺顯著度的范式。另一方面，在嘈雜的環(huán)境中，在掩蔽聲音的背景上知覺目標聲音信號是一個需要選擇性注意參與的認知任務(wù)，將對前脈沖刺激信號的掩蔽問題引入到動物模型中可以增強實驗動物的認知負擔(dān)和注意需求。在混響環(huán)境下，當來自聲源的直達聲和一個反射聲之間的時間延遲足夠短時，聽者只感覺到來自領(lǐng)先聲源處的一個融合的聲像，這種現(xiàn)象叫做聽覺優(yōu)先效應(yīng)（theprecedenceeffect）（Litovsky,Colburn,Yost,&Guzman,1999;Wallach,Newman,&Rosenzweig,1949）。優(yōu)先效應(yīng)不僅出現(xiàn)在人類被試中，還出現(xiàn)在多種實驗動物包括大鼠中（Kelly,1974;Hoeffding&Harrison,1979）。在人類實驗心理學(xué)中，利用聽覺優(yōu)先效應(yīng)建立的目標信號與掩蔽信號間的知覺空間分離去掩蔽范式被證實可以在不改變信號的頻譜、強度以及聲像密度的同時促進被試對目標信號的空間選擇性注意，從而提高對目標信號的識別（Freyman,Helfer,McCall,&Clifton,1999;Li,Daneman,Qi,&Schneider,2004;Rakerd,Aaronson,&Hartmann,2006;Wuetal.,2005）?？梢姡X空間分離去掩蔽反映了大腦一種由選擇性空間注意參與的對知覺組織的調(diào)控過程。人類腦磁成像（Magnetoencephalography,MEG）研究也證實，聲音信號在空間上的聲像分離可以提高對各自聲音信號的識別率并增強信號誘發(fā)的腦磁反應(yīng)（Duetal.,2011）。因此，本論文試圖在實驗Sprague-Dawley大鼠中，1）建立新一代的對聽覺PPI自上而下調(diào)節(jié)的行為模型，將恐懼條件化和知覺空間分離去掩蔽引入PPI調(diào)節(jié)模型中（實驗1.1和1.2）；2）結(jié)合行為測量和腦內(nèi)局部藥物干預(yù)的方法，研究對聽覺PPI自上而下調(diào)節(jié)的神經(jīng)通路（實驗2）；3）結(jié)合清醒和麻醉大鼠神經(jīng)電生理記錄和腦內(nèi)局部藥物干預(yù)的方法，研究在相關(guān)核團中知覺空間分離去掩蔽的神經(jīng)機制以及恐懼條件化對神經(jīng)表達的調(diào)節(jié)機制（實驗3.1、3.2和3.3）；4）研究早期社會隔離飼養(yǎng)這一精神分裂癥的神經(jīng)發(fā)育模型對聽覺PPI自上而下調(diào)節(jié)過程的破壞影響（實驗4）。首先，實驗1.1在對前脈沖刺激的恐懼條件化基礎(chǔ)上，將前脈沖刺激和掩蔽噪音間的知覺空間分離范式引入對大鼠聽覺PPI模型的調(diào)節(jié)中。如圖1所示，PPI測試在一個3×3m的隔音室中進行，大鼠被置于房間中央處的束縛籠內(nèi)，其全身性的驚反射由下方的壓電傳感秤測量，驚刺激（寬帶噪音脈沖，10ms，100dBSPL）由大鼠頭部上方的揚聲器播放，而前脈沖刺激（由鼠尾夾擊誘發(fā)的大鼠痛叫片段，150ms，55dBSPL）和持續(xù)的寬帶掩蔽噪音（55dBSPL）由大鼠前方水平面上左右兩個夾角為100度的揚聲器播放。圖1PPI測試實驗裝置如圖2所示，為了引入前脈沖刺激與掩蔽噪音的知覺空間分離范式，我們對前脈沖刺激和掩蔽噪音在兩個揚聲器間的時間延遲進行了±1ms的操控，使前脈沖刺激與掩蔽噪音在知覺上形成空間重合或者分離。這里使用的1ms時間延遲被證實在清醒大鼠中可以最有效地對來自不同方位的領(lǐng)先聲和落后聲進行聲像的知覺融合和準確的聲音定位（Hoeffding&Harrison,1979;Kelly,1974）。實驗1.1的結(jié)果顯示（見圖3），在正常大鼠中，前脈沖刺激在恐懼條件化后（即與6mA/3ms的足底電擊在時間上精確匹配呈現(xiàn)10次）而非條件化控制操作后（即與足底電擊在時間上隨機呈現(xiàn)10次）可引發(fā)更強的PPI，更重要的是，被條件化后的前脈沖刺激與掩蔽噪音間的知覺空間分離可以進一步顯著地增強PPI，而這種PPI的條件化增強而非知覺空間分離帶來的增強在恐懼消退學(xué)習(xí)后消失。這說明，正常大鼠也能利用聽覺優(yōu)先效應(yīng)形成的知覺空間分離這個心理/認知線索調(diào)節(jié)對前脈沖刺激的知覺組織和空間注意加工。并且，知覺空間分離去掩蔽對PPI的調(diào)節(jié)與恐懼條件化對PPI的調(diào)節(jié)存在顯著的交互作用，即知覺空間分離引發(fā)的空間注意調(diào)節(jié)是建立在恐懼條件化引發(fā)的對前脈沖刺激的注意啟動上（Du,Li,Wu,&Li,2009b）。圖2前脈沖刺激與掩蔽噪音的空間關(guān)系a，物理層面上前脈沖刺激與掩蔽噪音在左右揚聲器均呈現(xiàn)，b，前脈沖刺激在右揚聲器領(lǐng)先1ms，掩蔽噪音在左揚聲器領(lǐng)先1ms，兩者知覺上空間分離，c，前脈沖刺激和掩蔽噪音均在左揚聲器領(lǐng)先1ms，兩者知覺上空間重合。圖3實驗1.1中在恐懼條件化前，條件化后，以及恐懼消退后的PPI，**p＜0.01，配對t檢驗由于實驗1.1中前脈沖刺激只有一種，又采用組間設(shè)計，即一組大鼠進行恐懼條件化操作，另一組大鼠進行條件化控制操作，在PPI測試時，對特定大鼠而言，這種前脈沖刺激只能是條件化過的（威脅性信號），或者沒有被條件化過的（非威脅性信號）。因而我們無法推知實驗1.1觀察到的PPI增強是源于條件化后大鼠對刺激普遍警覺/注意程度的增加，還是對條件化后的前脈沖刺激選擇性注意的增強？為了弄清對PPI自上而下注意調(diào)節(jié)的作用方式和心理學(xué)機制，實驗1.2進一步優(yōu)化了行為模型。具體來講，實驗1.2增加了前脈沖刺激的特征維度，由一種前脈沖刺激變?yōu)槿N前脈沖刺激（中心頻率分別為1kHz、3kHz、5kHz的窄帶噪音），并將條件化及其控制操作由組間設(shè)計改為組內(nèi)設(shè)計，即在同一個被試中恐懼條件化某一種前脈沖刺激而對另兩種前脈沖刺激進行條件化控制操作或無任何操作。PPI測試時，任意兩種前脈沖刺激隨機呈現(xiàn)，這樣在同一段測試中會出現(xiàn)具有不同物理特征（這里使用不同的聲音頻率）和心理特征（威脅信號，非威脅信號）的前脈沖刺激，通過觀察不同前脈沖刺激引發(fā)的PPI，可以知道對PPI注意調(diào)節(jié)的作用機制。具體來講，如果PPI增強是由于條件化后大鼠對周圍環(huán)境警覺性和注意程度的普遍提高，那么PPI的增強應(yīng)該在不同的前脈沖刺激間沒有差異；如果PPI增強是由于對條件化過的刺激的特征及其所處的空間位置的選擇性注意增強，那么只有條件化過的前脈沖刺激引發(fā)的PPI才會有所增強，即對PPI的調(diào)節(jié)是刺激特征特異性的。圖4實驗1.2中低頻刺激條件化組和高頻刺激條件化組中由三種前脈沖刺激引發(fā)的PPI，**p＜0.001，單因素方差分析和Bonferroni事后檢驗，以及配對t檢驗實驗1.2的結(jié)果顯示（見圖4），不管接受條件化操作的前脈沖刺激為低頻或高頻，對特定組大鼠而言，只有被條件化過的前脈沖刺激引發(fā)的PPI在條件化和條件化控制聯(lián)合操作后出現(xiàn)了條件化增強和知覺空間分離引發(fā)的進一步增強，并且恐懼消退后兩種PPI增強都明顯地減弱。因此，恐懼條件化和知覺空間分離對PPI的調(diào)節(jié)具有高度的刺激特征特異性，因為當具有不同特征的前脈沖刺激相繼呈現(xiàn)時，只有被條件化過的前脈沖刺激引發(fā)的PPI會受到恐懼條件化和知覺空間分離引發(fā)的注意調(diào)節(jié)，而沒有被條件化過的前脈沖刺激的PPI不受影響。這說明，PPI的條件化增強和知覺空間分離引發(fā)的進一步增強不能由恐懼條件化引起的大鼠對周圍環(huán)境警覺性的提高和對感覺刺激普遍注意程度的提高來解釋。相反，應(yīng)該有其他的機制參與了對PPI的調(diào)節(jié)。而這種調(diào)節(jié)機制則是條件化過的威脅性刺激自動捕獲了大鼠更多的注意資源，導(dǎo)致對其刺激特征及其空間位置的選擇性注意偏向，這種選擇性注意進一步增強了其引發(fā)的PPI。因此，恐懼條件化就像一個“信號加工的組織者”，將對條件化刺激的感覺加工、生態(tài)學(xué)意義的長時記憶提取、選擇性注意的啟動、和對其信號加工具有保護作用的感覺運動門控的刺激特異性調(diào)節(jié)連接了起來（Du,Wu,&Li,2010）。值得一提的是，這種刺激特異性的PPI調(diào)節(jié)說明注意對感覺運動門控過程的下行調(diào)控是非常靈活和迅速的。在實驗1.2中，前脈沖刺激和驚刺激的起始時間間隔為100ms，也就是說，在前脈沖刺激開始后的100ms內(nèi)，大腦需要完成對前脈沖刺激的探測、特征提取、意義提取、注意啟動和對PPI環(huán)路的下行調(diào)節(jié)。因此，應(yīng)該有加工速度不同的神經(jīng)通路參與了以上的過程。實驗2的目的就是為了弄清對聽覺PPI自上而下調(diào)節(jié)的神經(jīng)通路，并分離出具有不同特性的認知調(diào)節(jié)成分。這里，我們主要關(guān)注三個腦區(qū)結(jié)構(gòu)：杏仁核外側(cè)核（thelateralnucleusoftheamygdale,LA），后頂葉（posteriorparietalcortex,PPC）和初級聽覺皮層（primaryauditorycortex,A1）。杏仁核外側(cè)核在恐懼條件化的形成（RomanskiandLeDoux,1992;Pitkanen,Savander,&LeDoux,1997），恐懼記憶的存儲（Blairetal.,2005;Schafe,Doyere,&LeDoux,2005），對威脅性刺激的注意指向（Maren,2007;Meck&MacDonal,2007;Cisler&Koster,2010）中都起到了至關(guān)重要的作用，并且還參與了對PPI基線的調(diào)節(jié)（Swerdlowetal.,2001）。因此，杏仁核可能是PPI恐懼條件化增強過程中重要的調(diào)節(jié)腦區(qū)。另一方面，基于優(yōu)先效應(yīng)的前脈沖刺激與掩蔽噪音間的知覺空間分離去掩蔽涉及了對空間注意的調(diào)節(jié)，而后頂葉是空間注意的額-頂神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中重要的腦區(qū)結(jié)構(gòu)。后頂葉在人類空間注意轉(zhuǎn)向過程中（Kimetal.,1999;Yantisetal.,2002;Greenberg,Esterman,Wilson,Serences,&Yantis,2010）和大鼠指向性注意過程中（Reep&Corwin,2009）都扮演了重要的角色，因此，后頂葉可能介導(dǎo)了由知覺空間分離引發(fā)的空間注意對PPI的增強過程。而初級聽皮層是大腦皮層加工聽覺信號的第一站，并向其他皮層和前腦皮層下結(jié)構(gòu)，包括杏仁核和后頂葉，提供聽覺信號輸入（Reep,Chandler,King,&Corwin,1994;Romanski&LeDoux,1993），對聽覺系統(tǒng)和聽覺PPI環(huán)路的重要結(jié)構(gòu)，下丘（inferiorcolliculus,IC），也存在下行性的纖維投射（Druga,Syka,&Rajkowska,1997;Herbert,Aschoff,&Ostwald,1991）。因此，初級聽皮層可能同時影響到杏仁核和后頂葉對PPI環(huán)路的調(diào)節(jié)以及PPI本身。在實驗2中，我們結(jié)合大鼠PPI行為模型和腦內(nèi)局部藥物干預(yù)的方法，通過微量注射廣譜的興奮性谷氨酸受體拮抗劑，犬尿喹啉酸（kynurenicacid,KYNA），可逆性地阻斷雙側(cè)杏仁核外核、雙側(cè)后頂葉和雙側(cè)初級聽皮層的谷氨酸受體的活動，觀察這三個腦區(qū)結(jié)構(gòu)分別如何影響恐懼條件化和知覺空間分離對PPI的調(diào)節(jié)過程。結(jié)果顯示（見圖5），條件化和條件化控制操作后，阻斷杏仁核外核顯著地降低了PPI的條件化增強，但不影響條件化過的前脈沖刺激與掩蔽噪音間的知覺空間分離引發(fā)的PPI增強；阻斷后頂葉則選擇性地消除了知覺空間分離帶來的PPI提高，但不影響PPI的條件化增強；而阻斷初級聽皮層卻同時破壞了恐懼條件化和知覺空間分離引發(fā)的PPI增強。因此，對大鼠PPI自上而下的注意調(diào)節(jié)是系統(tǒng)性和層次化的，并依賴于不同的前腦結(jié)構(gòu)。我們推測，有兩條加工速度不同的神經(jīng)通路共同參與了對PPI的注意調(diào)節(jié)：一條是由皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)構(gòu)成，以杏仁核為核心的、加工速度較快、進行粗略加工的通路迅速完成對重要刺激的探測、警覺/注意啟動和對PPI的情緒注意調(diào)節(jié)，另一條是以空間注意的額-頂神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為核心、加工速度較慢但較精細的通路，通過空間選擇性注意對快通路形成的刺激表征及其PPI調(diào)節(jié)進行深層次的修飾和調(diào)整。而聽皮層可能作為PPI環(huán)路與高級調(diào)節(jié)腦區(qū)間的橋梁和樞紐，共同參與了對PPI的高級認知調(diào)節(jié)。圖5實驗2中6組大鼠在三個腦區(qū)分別接受廣譜谷氨酸受體拮抗劑KYNA（實驗組）或洛氏溶液（對照組）注射前后的PPI變化，*p＜0.05，**P＜0.01，被試內(nèi)重復(fù)測量方差分析和Bonferroni事后檢驗，以及配對t檢驗既然恐懼條件化以及知覺空間分離去掩蔽可以在行為上以一種刺激特異性的方式提高大鼠對前脈沖刺激的感知，并增強前脈沖刺激誘發(fā)的PPI，那么，在神經(jīng)電生理層次上，前脈沖刺激在聽覺加工通路和PPI及其調(diào)節(jié)環(huán)路中的神經(jīng)表征也應(yīng)該受到相應(yīng)的調(diào)節(jié)。實驗3.1旨在證實恐懼條件化和知覺空間分離去掩蔽可以選擇性地增強清醒大鼠的下丘（聽覺中腦的重要核團，聽覺PPI環(huán)路的重要傳遞站）和杏仁核外側(cè)核對目標前脈沖刺激的神經(jīng)加工。我們觀察的神經(jīng)相關(guān)物是聽覺頻率跟隨反應(yīng)（frequency-followingresponses,FFRs）。FFRs是由低中頻周期性信號誘發(fā)的神經(jīng)元群持續(xù)性鎖相反應(yīng)形成的場電位（Marsh,Worden,&Smith,1970;Smith,Marsh,&Brown,1975）。人類頭皮記錄的起源于聽覺腦干的FFRs可以精確記錄和保留語音信號某些重要的頻譜（基頻，諧波，共振峰）特征，可以被選擇性注意調(diào)節(jié)，具有很強的抗噪音掩蔽的能力，能被雙耳加工去掩蔽所調(diào)節(jié)，更重要的是，F(xiàn)FRs可以從神經(jīng)元群對目標刺激和掩蔽刺激的共同反應(yīng)中提取出目標刺激誘發(fā)的特異性的反應(yīng)成分（頻率成分），因此，F(xiàn)FRs是一個很好的用于研究語音去掩蔽神經(jīng)機制的實驗工具（Du,Kong,Wang,Wu,&Li,inpress）。實驗3.1的結(jié)果顯示，目標前脈沖刺激（復(fù)合純音組）可以在清醒大鼠的下丘和杏仁核外核誘發(fā)顯著的FFRs。恐懼條件化操作不僅可以有效地縮短下丘和杏仁核對條件化刺激（而非條件化控制刺激）onset反應(yīng)的潛伏期，F(xiàn)FRs的頻譜分析也顯示，條件化刺激（而非條件化控制刺激）引發(fā)的下丘和杏仁核FFRs的基頻幅度在條件化后顯著提高。因此，恐懼條件化對下丘和杏仁核FFRs的增強是刺激特異性的。另一方面，在目標刺激被條件化前，目標刺激與掩蔽噪音間的知覺空間分離對下丘FFRs沒有顯著的去掩蔽作用，但在一定的低信噪比條件下可提高杏仁核FFRs的強度。然而，如圖6顯示，在目標刺激被條件化后，不管刺激信噪比如何，目標刺激與掩蔽噪音間的知覺空間分離都可以顯著提高下丘和杏仁核對條件化目標刺激（而非條件化控制刺激）FFRs的強度。因此，實驗3.1通過將恐懼條件化和知覺空間分離去掩蔽范式與清醒大鼠聽覺FFRs范式相結(jié)合，證實：1）在清醒大鼠的下丘和杏仁核外核存在對目標刺激的持續(xù)鎖相性反應(yīng)，該反應(yīng)能保留目標聲音刺激重要的聲學(xué)特征；2）恐懼條件化操作能選擇性地增強條件化刺激誘發(fā)的這兩個腦區(qū)神經(jīng)元的同步性發(fā)放，而不影響條件化控制刺激誘發(fā)的反應(yīng)，這與在行為上恐懼條件化對大鼠PPI的刺激特異性的調(diào)節(jié)相符；3）條件化操作后，由知覺空間分離引發(fā)的空間選擇性注意可以下行調(diào)節(jié)聽覺中腦和PPI調(diào)節(jié)通路中對目標刺激的神經(jīng)表征，并且，這種知覺空間分離在神經(jīng)電生理層次上的去掩蔽與行為上對PPI的調(diào)節(jié)一樣，也依賴于對目標刺激的恐懼條件化并且也是刺激特異性的。圖6實驗3.1中，條件化操作后條件化刺激和條件化控制刺激在不同空間組合下引發(fā)的FFRs信噪比實驗3.1證實了知覺空間分離對清醒大鼠下丘FFRs的去掩蔽作用，然而具體的空間去掩蔽機制還未得到深入的研究。由于一側(cè)下丘接受對側(cè)聽覺腦干的外側(cè)丘系背側(cè)核（dorsalnucleusofthelaterallemniscus,DNLL）發(fā)出的GABA抑制性神經(jīng)投射（Kelly&Li,1997;Li&Kelly,1992;Li&Yue,2002）和對側(cè)下丘的谷氨酸能神經(jīng)投射（SaintMarie,1996），實驗3.2結(jié)合腦內(nèi)局部藥物干預(yù)的方法試圖進一步弄清麻醉大鼠的下丘FFRs的雙耳/空間去掩蔽機制以及上行性對側(cè)神經(jīng)投射對下丘去掩蔽的調(diào)節(jié)作用。實驗結(jié)果顯示，在安靜條件下，阻斷對側(cè)DNLL的谷氨酸傳遞顯著提高了下丘FFRs，而阻斷對側(cè)下丘的谷氨酸傳遞則顯著降低了下丘FFRs。在目標刺激和掩蔽噪音間引入一個雙耳時間差（interauraltimedifference,ITD）差異可以顯著減弱噪音對目標刺激誘發(fā)的下丘FFRs的掩蔽，并且，如圖7所示，這種雙耳/空間去掩蔽效果在阻斷對側(cè)DNLL或?qū)?cè)下丘后都顯著減弱。這提示，下丘FFRs的雙耳去掩蔽作用受到對側(cè)DNLL抑制性投射和對側(cè)下丘興奮性投射的共同調(diào)節(jié)，但其調(diào)節(jié)機制存在著差異（Du,Ma,Wang,Wu,&Li,2009c）。本實驗從較低層的雙耳加工神經(jīng)生理線索出發(fā)，證實了對目標刺激和掩蔽刺激的雙耳整合和空間分離可以增強大鼠下丘對目標刺激的神經(jīng)表征，并驗證了上行性神經(jīng)傳導(dǎo)通路對下丘雙耳/空間去掩蔽作用的貢獻。圖7實驗3.2中，阻斷對側(cè)DNLL或?qū)?cè)下丘對下丘FFRs雙耳/空間去掩蔽的影響，*p＜0.05，**p＜0.01，配對t檢驗同樣，盡管實驗3.1證實了知覺空間分離對清醒大鼠杏仁核FFRs的去掩蔽作用，然而杏仁核中具體的空間去掩蔽機制還未得到深入的研究。由于杏仁核外側(cè)核接受雙側(cè)聽覺聯(lián)合皮層（auditoryassociationcortex,AAC）的投射（Romanski&LeDoux,1992,1993），在實驗3.3中，我們還結(jié)合腦內(nèi)局部藥物干預(yù)的方法考察了雙側(cè)聽覺聯(lián)合皮層向杏仁核下行性神經(jīng)投射對杏仁核FFRs去掩蔽機制的調(diào)節(jié)作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在目標刺激和掩蔽噪音間引入一個ITD差異可以顯著增強目標刺激在杏仁核誘發(fā)的FFRs，這提示，這種雙耳去掩蔽機制不僅能調(diào)節(jié)刺激在聽覺中腦中的加工也可以調(diào)節(jié)刺激在更高級的與情緒意義有關(guān)腦區(qū)的神經(jīng)表達。不僅如此，盡管阻斷雙側(cè)聽覺聯(lián)合皮層不影響安靜條件下的杏仁核FFRs，但卻在一定程度上增強了FFRs的雙耳去掩蔽。這說明，聽覺聯(lián)合皮層對杏仁核FFRs雙耳去掩蔽存在下行性的門控抑制作用（Du,Huang,Wu,Galbraith,&Li,2009a），這可能與聽覺聯(lián)合皮層向杏仁核的興奮性投射主要是作用于抑制性的中間神經(jīng)元而對興奮性的主神經(jīng)元的作用較弱有關(guān)（Li,Stutzmann,&LeDoux,1996）。由于杏仁核是威脅信號探測的重要結(jié)構(gòu)，也是PPI條件化調(diào)節(jié)的重要結(jié)構(gòu)，杏仁核中的雙耳去掩蔽機制可能與嘈雜、有混響環(huán)境中對重要聲音事件的覺察和感知以及進一步的對感覺運動門控的調(diào)節(jié)有貢獻。最后，實驗4的目的是將精神分裂癥的神經(jīng)發(fā)育模型引入我們建立的PPI調(diào)節(jié)模型中，觀察早期社會隔離飼養(yǎng)對PPI自上而下認知調(diào)節(jié)的破壞影響。精神分裂癥的神經(jīng)發(fā)育學(xué)說認為，生命早期的不良環(huán)境事件可能對大腦的發(fā)育成熟有顯著的損傷性影響，并導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)解剖結(jié)構(gòu)和功能的異常，進而成為精神分裂癥的一種重要成因（Meyer,Feldon,Schedlowskib,&Yee,2005）。一種精神分裂癥的早期發(fā)育動物模型是將哺乳期結(jié)束后的大鼠進行隔離飼養(yǎng)（在出生21天后開始單籠飼養(yǎng)）（Weiss&Feldon,2001）。以往的研究發(fā)現(xiàn)，早期隔離飼養(yǎng)在行為上能引起大鼠PPI的缺失（Cilia,Reavill,&Hagan,2001;Lietal.,2008;vandenBuuse,Garner,&Koch,2003），PPI恐懼條件化增強的缺失（Lietal.,2008），以及空間注意和注意轉(zhuǎn)移能力的受損（Dalley,Theobald,Pereira,Li,&Robbins,2002;McLeanetal.,2010;Schrijver&Würbel,2001）。在神經(jīng)遞質(zhì)上，隔離飼養(yǎng)導(dǎo)致了大鼠前額葉代謝型谷氨酸受體亞型5（mGluR5）的活動異常（Melendez,Gregory,Bardo,&Kalivas,2004）以及杏仁核多巴胺受體（D2）的異常（Djouma,Card,Lodge,&Lawrence,2006;Muchimapura,Fulford,Mason,&Marsden,2002）。由于前額葉的一個功能是整合注意資源（Wall&Messier,2001），而杏仁核的一個功能是在應(yīng)激的條件下來提高對重要刺激的選擇性注意力而忽略其他刺激（Meck&MacDonald,2007）。而大鼠杏仁核與內(nèi)側(cè)前額葉之間有密切的纖維投射和功能聯(lián)系，各自的電生理活動和功能都受到對方的調(diào)節(jié)。因此前額葉與杏仁核之間的功能聯(lián)系對大鼠PPI認知調(diào)節(jié)中的選擇性注意過程有重要的影響。可以推測，在隔離環(huán)境中飼養(yǎng)的大鼠在前額葉-杏仁核環(huán)路中結(jié)構(gòu)和功能的異常會造成依賴于注意過程的認知行為的異常，因為恐懼條件化以及知覺空間分離去掩蔽對前脈沖刺激中樞加工的強化都建立在對前脈沖刺激注意增強的基礎(chǔ)上，所以恐懼條件化以及知覺空間分離對大鼠PPI的調(diào)節(jié)都會受到早期隔離飼養(yǎng)的破壞影響。實驗4的結(jié)果首先證實了前人的發(fā)現(xiàn)，早期隔離飼養(yǎng)增強了大鼠驚反射的幅度卻降低了基線PPI的幅度（Ciliaetal.,2001;Lietal.,2008;vandenBuuseetal.,20