聽覺響應(yīng)信噪比在上行聽覺通路中的演變

王敬敬，宋長(zhǎng)寶，梁妃學(xué)

南方醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，廣東 廣州 510515

把聲音特征轉(zhuǎn)化為動(dòng)作電位編碼信息，并根據(jù)獲取的聲音信息含義做出感覺或行為響應(yīng)是聽覺神經(jīng)系統(tǒng)的核心任務(wù)［1,2］。聽覺神經(jīng)系統(tǒng)為完成這一任務(wù)動(dòng)用了由多個(gè)核團(tuán)組成的龐大聽覺信息處理網(wǎng)絡(luò)，其中下丘（IC）、內(nèi)側(cè)膝狀體（MGB）和初級(jí)聽皮層（A1）處于聽覺信息處理網(wǎng)絡(luò)的核心地位［3,4］，因此充分研究這些核團(tuán)的聽覺信息處理機(jī)制尤其重要。研究發(fā)現(xiàn)聽覺系統(tǒng)中的每個(gè)腦區(qū)都有大量神經(jīng)元對(duì)聲音信息的不同特征進(jìn)行編碼［5,6］，Pickles等［7］系統(tǒng)闡述了上行聽覺通路核心腦區(qū)的解剖結(jié)構(gòu)及生理特性，表明聲音特征的編碼主要體現(xiàn)在神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢坏陌l(fā)放；Yildiz等［6］利用數(shù)學(xué)模型來(lái)評(píng)估神經(jīng)元的編碼特性，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元聽覺感受野符合非線性模型，該模型只能反映單個(gè)神經(jīng)元對(duì)不同聲音的響應(yīng)但不能反映對(duì)聲音信息的敏感特性；Zador 等［5］報(bào)道了聽皮層神經(jīng)元的編碼既有密集性又有稀疏性，同時(shí)Zador用自發(fā)與誘發(fā)來(lái)表示聽皮層神經(jīng)元對(duì)聲音刺激的響應(yīng)，自發(fā)與誘發(fā)的大小可表示神經(jīng)元對(duì)聲音信息的敏感特性。而先前的研究往往聚焦于單一腦區(qū)的處理機(jī)制，聲音特征的編碼規(guī)律在聽覺核團(tuán)中如何演變目前所知甚少，因此本研究用誘發(fā)與自發(fā)的比值（信噪比，SNR）來(lái)表征神經(jīng)元對(duì)特定聲音刺激的編碼強(qiáng)度，探究上行聽覺通路中神經(jīng)元編碼的規(guī)律。

在生理狀態(tài)下，感覺神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)外界的刺激響應(yīng)受到大腦狀態(tài)的調(diào)節(jié)。有研究指出［8-11］當(dāng)小鼠處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，給予小鼠視覺刺激，視覺皮層的響應(yīng)增加而內(nèi)側(cè)膝狀體的響應(yīng)不變；與視覺皮層相反［12］，聽覺層的響應(yīng)在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下減少；Zador等［13］表明大鼠在參與任務(wù)時(shí)，聽皮層神經(jīng)元的誘發(fā)被抑制而內(nèi)側(cè)膝狀體神經(jīng)元的誘發(fā)沒(méi)有改變。上述現(xiàn)象暗示，聽覺響應(yīng)SNR可能受到大腦狀態(tài)的影響。因此，不同腦區(qū)的聽覺響應(yīng)SNR在不同大腦狀態(tài)中是否維持穩(wěn)定還需要進(jìn)一步研究，本研究通過(guò)分析不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下小鼠IC、MGB、A1 腦區(qū)SNR的變化來(lái)對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行探究。

為了了解聽覺響應(yīng)SNR在上行聽覺通路中的演變規(guī)律及在不同大腦狀態(tài)下是否維持穩(wěn)定，本研究利用在體細(xì)胞貼附式記錄方法記錄小鼠在安靜和跑動(dòng)狀態(tài)下不同聽覺腦區(qū)的聽覺響應(yīng)，研究最佳頻率下的聽覺響應(yīng)SNR在不同腦區(qū)及不同大腦狀態(tài)下的變化規(guī)律。我們的結(jié)果顯示不同腦區(qū)的誘發(fā)與自發(fā)沒(méi)有相關(guān)性，自發(fā)與誘發(fā)在群體上的分布分別符合泊松分布與對(duì)數(shù)正態(tài)分布，多個(gè)腦區(qū)的SNR在不同大腦狀態(tài)下維持穩(wěn)定。我們的結(jié)果為深入理解不同腦區(qū)的神經(jīng)元編碼聲音特征提供重要的理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 動(dòng)物

SPF級(jí)C57BL/6J小鼠共80只，小鼠周齡6～8周，體質(zhì)量18～20 g，雌雄不限，購(gòu)自南方醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心（No.44002100018990）。所有動(dòng)物經(jīng)檢查聽覺能力良好，鼓膜經(jīng)檢耳鏡檢查無(wú)異常。所有實(shí)驗(yàn)均在南方醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利與倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)和監(jiān)督下進(jìn)行（L2017207）。

1.2 手術(shù)準(zhǔn)備

選取C57BL/6J小鼠1只，小鼠腹腔注射戊巴比妥鈉（60 mg/kg）進(jìn)行麻醉，并使用溫控系統(tǒng)使動(dòng)物體溫維持在37 ℃，麻醉完全后將小鼠轉(zhuǎn)置于腦立體定位儀上，在立體顯微鏡下依據(jù)小鼠腦圖譜（第二版）分別確定下丘、內(nèi)側(cè)膝狀體以及聽皮層的腦區(qū)位置并進(jìn)行位置標(biāo)記。用牙科水泥將一個(gè)長(zhǎng)約1.5 cm的平頭金屬釘粘合在顱骨前部正中位置，待小鼠頭部牙科水泥完全凝固之后，再將小鼠固定到屏蔽室的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，在體視顯微鏡下用顱骨鉆去除下丘、內(nèi)側(cè)膝狀體以及聽皮層上方的顱骨，充分暴露出相應(yīng)的腦組織，將暴露在外的組織覆蓋一層凡士林塑料膜以保護(hù)腦組織及創(chuàng)口。手術(shù)完成后，小鼠放回鼠籠恢復(fù)2 d，以備后續(xù)進(jìn)行電生理實(shí)驗(yàn)。記錄開始前將恢復(fù)好的小鼠頭部固定在金屬桿上，身體放置在可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤中進(jìn)行訓(xùn)練，直到小鼠能夠在轉(zhuǎn)盤上進(jìn)行自由跑動(dòng)或靜止，將訓(xùn)練好的老鼠轉(zhuǎn)移到屏蔽試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行聽覺電生理記錄。在手術(shù)和記錄過(guò)程中，暴露的皮質(zhì)由恒溫人工腦脊液（ASCF：Nacl，132 mmol/L；NaHCO3，20 mmol/L；ΚCl，2.5 mmol/L；NaH2PO4，1.2 mmol/L；MgSO4，1.1 mmol/L；CaCl2，2 mmol/L；Hepes，3 mmol/L；glucose，15 mmol/L）保持濕潤(rùn)。

1.3 聲音刺激

本研究采用美國(guó)TDT給聲系統(tǒng)產(chǎn)生刺激聲音。利用Labview軟件編輯合成聲音信號(hào)并通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡（NI，6731）將聲音信息輸出到聲音驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（即TDT系統(tǒng)中喇叭驅(qū)動(dòng)器（ED1）），驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)放置在屏蔽室中的喇叭（ES1）完成發(fā)聲目的。研究中所有的刺激聲音均由精密的聲音校正儀進(jìn)行嚴(yán)格的校準(zhǔn)。

1.4 刺激參數(shù)

本研究給予小鼠的刺激聲音是由軟件合成的一系列純音，由8個(gè)聲強(qiáng)級(jí)（0～70 dB，以10 dB遞增），51個(gè)頻率（2～64 ΚHz，0.1 octave遞增）組成，可以判斷記錄到的聽覺神經(jīng)元的特征頻率（CF）或最佳頻率（BF）。在記錄過(guò)程中，記錄信號(hào)的采樣率為10 ΚHz/s，每個(gè)刺激聲音時(shí)長(zhǎng)50 ms，記錄時(shí)長(zhǎng)為500 ms，在記錄長(zhǎng)度為50 ms時(shí)設(shè)置聲音刺激開始，兩個(gè)刺激聲音之間的間隔為500 ms，在設(shè)置好記錄參數(shù)之后開始記錄。

1.5 電生理記錄

電生理實(shí)驗(yàn)在聽覺屏蔽室中進(jìn)行。在電生理記錄過(guò)程中，用平頭金屬釘將訓(xùn)練好的老鼠頭部固定，在顯微鏡下去除記錄腦區(qū)的凡士林覆蓋膜，在拉制好的玻璃微電極內(nèi)灌注含0.3%神經(jīng)生物素的人工腦脊液（ACSF）并排出電極尖端氣泡，玻璃電極穩(wěn)定安裝在前置放大器探頭上后將玻璃微電極置于記錄腦區(qū)正上方，通過(guò)壓力表給予電極2個(gè)正壓，滴加一滴人工腦脊液在腦區(qū)表面，利用電動(dòng)顯微操縱器使電極與液體充分接觸，此時(shí)測(cè)量電極電阻顯示為6 MΩ左右，說(shuō)明小鼠與放大器連通，可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)。電極快速移動(dòng)100 μm進(jìn)入記錄腦區(qū)表層，此時(shí)將正壓減半，用推進(jìn)器緩慢移動(dòng)玻璃電極至所需腦區(qū)深度尋找聽覺神經(jīng)元。與此同時(shí)，通過(guò)觀察Labview軟件中顯示的電極電阻是否增大來(lái)判斷電極是否碰觸到細(xì)胞，當(dāng)觀察到電極電阻忽然增大2倍，觀察到有聲誘發(fā)動(dòng)作電位，此時(shí)撤掉電極正壓，待電阻穩(wěn)定不變后給予適當(dāng)?shù)呢?fù)壓吸引使神經(jīng)元緊密貼附在電極上，最后給予小鼠合成的純音刺激，記錄該神經(jīng)元的響應(yīng)數(shù)據(jù)（圖1A）。利用Matlab軟件讀出該神經(jīng)元的感受野，判斷該神經(jīng)元的最佳頻率（BF），給予小鼠聲強(qiáng)60 dB，頻率為BF的純音刺激，記錄最佳頻率下神經(jīng)元的聽覺響應(yīng)數(shù)據(jù)，神經(jīng)元的聽覺刺激響應(yīng)如圖1B。利用該記錄方法分別尋找下丘、內(nèi)側(cè)膝狀體和初級(jí)聽皮層三個(gè)腦區(qū)的聽覺神經(jīng)元。聲音刺激期間對(duì)應(yīng)的時(shí)間窗口動(dòng)作電位發(fā)放數(shù)為聽覺誘發(fā)放電，記為信號(hào)；聲音刺激前對(duì)應(yīng)的時(shí)間窗口動(dòng)作電位發(fā)放數(shù)為自發(fā)放電，記為噪音。當(dāng)小鼠處于跑動(dòng)或者靜止時(shí)，利用轉(zhuǎn)盤上的速度記錄系統(tǒng)記錄小鼠的跑動(dòng)速度，根據(jù)轉(zhuǎn)盤的速度來(lái)計(jì)算小鼠的奔跑速度從而判斷小鼠的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

1.6 數(shù)據(jù)分析

本研究分別記錄了小鼠上行聽覺通路中下丘、內(nèi)側(cè)膝狀體和聽皮層腦區(qū)的神經(jīng)元響應(yīng)。記錄到的動(dòng)作電位利用Matlab軟件設(shè)定的閾值進(jìn)行識(shí)別。分別提取下丘、內(nèi)側(cè)膝狀體和聽皮層神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢坏陌l(fā)放個(gè)數(shù)和發(fā)放時(shí)間，依據(jù)聲音刺激參數(shù)得到聽覺神經(jīng)元的感受野，隨后提取聲強(qiáng)級(jí)60 dB下神經(jīng)元不同頻率聲音刺激的動(dòng)作電位個(gè)數(shù)并確定神經(jīng)元的最佳響應(yīng)頻率（BF）。計(jì)算神經(jīng)元在最佳頻率刺激下動(dòng)作電位在時(shí)間序列上的發(fā)放數(shù)，提取聲音刺激開始前的時(shí)間窗口動(dòng)作電位發(fā)放數(shù)為神經(jīng)元的自發(fā)放數(shù)，并計(jì)算神經(jīng)元的自發(fā)放率。對(duì)每次聲音刺激后一段時(shí)間內(nèi)的放電數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，時(shí)間段的選擇以聲音刺激后有明顯反應(yīng)至反應(yīng)恢復(fù)至聲音刺激前的時(shí)間段為準(zhǔn)，用刺激后的放電數(shù)減去刺激前放電數(shù)來(lái)計(jì)算誘發(fā)反應(yīng)放電數(shù)的增量以及變化率，該增量記為聲音刺激期間神經(jīng)元的誘發(fā)反應(yīng)。分別計(jì)算自發(fā)放與誘發(fā)在不同頻率段的概率密度，并根據(jù)分布趨勢(shì)選擇合適的函數(shù)進(jìn)行擬合，本研究中的擬合利用Matlab中的內(nèi)置函數(shù)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)定義聲音開始后50 ms時(shí)間窗口內(nèi)的最佳頻率誘發(fā)數(shù)除以平均自發(fā)為該神經(jīng)元的信噪比［12］，計(jì)算IC、MGB、A1所有神經(jīng)元的信噪比并比較其顯著性差異。對(duì)小鼠不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下記錄到的神經(jīng)元進(jìn)行類似的分析。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

統(tǒng)計(jì)下丘、內(nèi)側(cè)膝狀體和初級(jí)聽皮層的自發(fā)與誘發(fā)差異性，3個(gè)腦區(qū)的信噪比差異性比較，以及在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下各腦區(qū)的自發(fā)差異、誘發(fā)差異，最后分別比較在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下3個(gè)腦區(qū)的信噪比。3個(gè)腦區(qū)之間的統(tǒng)計(jì)比較均是在整體有差異的情況下再進(jìn)行兩兩比較。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析不同腦區(qū)神經(jīng)元的群體響應(yīng)探究聽覺響應(yīng)信噪比在上行通路中的演變。統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 23.0軟件，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤表示，不滿足正態(tài)分布與方差齊性的數(shù)據(jù)采用非參數(shù)檢驗(yàn)（Mann-WhitneyU檢驗(yàn)），滿足正態(tài)分布與方差齊性的數(shù)據(jù)采用單因素方差分析和配對(duì)T檢驗(yàn)，P＜0.05表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 上行聽覺通路各級(jí)核團(tuán)聽覺響應(yīng)分布

本研究分別在小鼠IC，MGB 和A1 腦區(qū)記錄到140，186和254個(gè)聽覺響應(yīng)神經(jīng)元。IC，MGB和A1聽覺誘發(fā)動(dòng)作電位放電數(shù)均值分別為：3.76±0.15，2.41±0.09，2.61±0.14，它們的自發(fā)動(dòng)作電位放電數(shù)均值分別為：4.77±0.29，7.41±0.22，6.57±0.47；進(jìn)一步的函數(shù)擬合發(fā)現(xiàn)，3個(gè)腦區(qū)的自發(fā)在群體上都較好地符合泊松分布，而誘發(fā)更加符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布（圖1）。

圖1 上行聽覺通路中各級(jí)腦區(qū)自發(fā)放與誘發(fā)的分布趨勢(shì)Fig.1 Distribution trend of spontaneous firing rate and evoked spike number in response to stimuli in different brain regions in the ascending auditory pathways.A:Recording pattern.B:Signal of sound stimulus.C,E and G:Distribution trend of spontaneous firing rate in the inferior colliculus(IC),medial geniculate body(MGB),and primary auditory cortex(A1),respectively.D,F and H:Distribution trend of evoked spike number in response to stimuli in the IC,MGB andA1,respectively.

2.2 信噪比在上行通路中的演變

圖2A～C分別表示IC、MGB、A1腦區(qū)神經(jīng)元自發(fā)放與誘發(fā)的相關(guān)性,從圖中可以看出，各級(jí)腦區(qū)自發(fā)放與誘發(fā)并沒(méi)有相關(guān)性（IC:R2=0.019;MGB:R2=0.06;A1:R2=0.15）。在上行聽覺通路中IC神經(jīng)元的自發(fā)放最低，MGB神經(jīng)元的自發(fā)高于A1（圖2D）；而IC神經(jīng)元的誘發(fā)是最高的（圖2E），本研究中MGB和A1神經(jīng)元的誘發(fā)并沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.123）。從自發(fā)放與誘發(fā)在各級(jí)腦區(qū)的演變規(guī)律推測(cè)上行聽覺通路中各級(jí)腦區(qū)的信噪比變化情況（圖2F），從圖中可以看到，隨著聲音向上級(jí)腦區(qū)的傳入，信噪比相對(duì)于下丘腦區(qū)出現(xiàn)降低的趨勢(shì)，其中IC、MGB、A1 腦區(qū)的信噪比均值分別是2.04±0.14、0.7±0.04、1.08±0.07，從圖中很明顯可以看到內(nèi)側(cè)膝狀體的信噪比最小。

圖2 信噪比在上行通路中的演變Fig.2 Evolution of signal-to-noise ratio(SNR)in the ascending auditory pathways.A-C:Correlation between spontaneous firing rate and evoked spike number in the IC,MGB and A1,respectively.D-E:Evolution of spontaneous firing rate and evoked spike number in the ascending auditory pathways.F:SNR in the IC,MGB andA1.***P＜0.001.

2.3 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下信噪比的變化

在本研究中，同時(shí)記錄了小鼠在跑動(dòng)與安靜狀態(tài)下神經(jīng)元的響應(yīng)（圖3A），圖3A中顯示小鼠不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的記錄模式，固定小鼠頭部的同時(shí)確保小鼠能夠在轉(zhuǎn)盤上自由移動(dòng)，利用圖3 B所示的方法分析不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的自發(fā)放與誘發(fā)。圖3C為一個(gè)典型的在跑動(dòng)狀態(tài)下聽覺響應(yīng)被抑制的例子：小鼠由安靜不動(dòng)的狀態(tài)改變?yōu)榕軇?dòng)狀態(tài)時(shí)，A1神經(jīng)元的動(dòng)作電位發(fā)放數(shù)減少。從群體上看，在A1中，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下神經(jīng)元的自發(fā)放（P＜0.001）與誘發(fā)（P=0.041）均有下降（圖3D，E），而在MGB和IC神經(jīng)元中，當(dāng)小鼠由安靜狀態(tài)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，其神經(jīng)元的自發(fā)放與誘發(fā)均沒(méi)有改變（圖3F，G和H，I）。同樣地統(tǒng)計(jì)跑動(dòng)狀態(tài)相對(duì)于安靜狀態(tài)的信噪比在上行聽覺通路中的變化（圖3J），從圖中可以看出，跑動(dòng)狀態(tài)與安靜狀態(tài)相比，各級(jí)腦區(qū)的信噪比均沒(méi)有發(fā)生顯著變化。

圖3 不同狀態(tài)下上行聽覺通路神經(jīng)元的響應(yīng)和信噪比總結(jié)Fig.3 Summary of response and SNR of the neurons in the ascending auditory pathway in different states of motion.A:Experimental setup(R,recording electrode;P,head-fixation post).B:Calculation model.C:Spike at rest(Q)and during running(R).D-I:Spontaneous firing rate and evoked spike number at rest(Q)and during running(R)in theA1(n=95),MGB(n=98),and IC(n=68).J:Relative SNR.***P＜0.001,*P＜0.05.

3 討論

以往研究顯示［7,14-16］，對(duì)數(shù)正態(tài)分布常被用來(lái)描述單個(gè)神經(jīng)元的峰峰值（動(dòng)作電位兩個(gè)峰之間的距離）分布，而群體響應(yīng)經(jīng)常用指數(shù)分布來(lái)表示；同時(shí)有研究表示［5］，聽皮層群體神經(jīng)元的發(fā)放率符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布，但未對(duì)自發(fā)分布與誘發(fā)分布做區(qū)分。本研究對(duì)上行聽覺通路各級(jí)腦區(qū)神經(jīng)元在群體上的自發(fā)分布與誘發(fā)分布趨勢(shì)分別進(jìn)行描述，發(fā)現(xiàn)群體神經(jīng)元的自發(fā)和誘發(fā)可以分別用泊松分布與對(duì)數(shù)正態(tài)分布來(lái)表示。另外從群體神經(jīng)元對(duì)聲音敏感性的角度出發(fā)，目前大多數(shù)研究主要是聽皮層在背景噪音下信號(hào)的識(shí)別［17,18］，針對(duì)單個(gè)神經(jīng)元乃至整個(gè)上行聽覺通路神經(jīng)元的信噪比會(huì)發(fā)生怎樣的變化并沒(méi)有進(jìn)行系統(tǒng)的分析。我們通過(guò)探究聲音信息向上級(jí)腦區(qū)傳輸過(guò)程中信噪比發(fā)生了怎樣的變化（本研究中沒(méi)有考慮自發(fā)放為零的神經(jīng)元），發(fā)現(xiàn)聲音信息由下丘到內(nèi)側(cè)膝狀體再到初級(jí)聽皮層過(guò)程中，信噪比從IC到MGB呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，而MGB到A1卻又呈現(xiàn)增高趨勢(shì)。根據(jù)以往的研究顯示［19］，抑制性神經(jīng)元通過(guò)增強(qiáng)或抑制皮層感覺神經(jīng)元的感受野對(duì)聽覺加工敏感度有直接的影響，而聽皮層神經(jīng)元對(duì)簡(jiǎn)單音調(diào)信息的加工整合處理離不開抑制性中間神經(jīng)元［20］，不同的抑制性中間神經(jīng)元作用的腦區(qū)不同，其中PⅤ中間抑制性神經(jīng)元在皮層加工處理信息中發(fā)揮重要作用，SOM中間抑制性神經(jīng)元?jiǎng)t是在下丘加工處理信息時(shí)發(fā)揮作用，這可能導(dǎo)致不同腦區(qū)誘發(fā)與自發(fā)之間存在著差異，因此在上行聽覺通路中聽覺響應(yīng)的信噪比產(chǎn)生了不同的變化。由于聽覺響應(yīng)的絕對(duì)值（聽覺誘發(fā)動(dòng)作電位）和相對(duì)值（誘發(fā)與自發(fā)動(dòng)作電位的比值，信噪比）在上行聽覺通路中都處于不斷演變的過(guò)程，因此很難判斷在聽覺信息的上行傳遞過(guò)程中哪個(gè)指標(biāo)能有效表征聲音特征。

由于在單一狀態(tài)下無(wú)法確定表征聲音特征的指標(biāo)，我們進(jìn)一步研究不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下上行聽覺通路聽覺響應(yīng)的演變，結(jié)果發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下聽皮層的聽覺響應(yīng)絕對(duì)值受到抑制，但其相對(duì)值卻能維持不變。同樣的有研究發(fā)現(xiàn)，初級(jí)聽皮層聽覺響應(yīng)在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)減弱［12］；Otazu等［13］發(fā)現(xiàn)當(dāng)小鼠參與任務(wù)時(shí)，內(nèi)側(cè)膝狀體神經(jīng)元自發(fā)放增加，而誘發(fā)并沒(méi)有受到影響；同時(shí)有研究表明小鼠運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下內(nèi)側(cè)膝狀體神經(jīng)元自發(fā)放與誘發(fā)均沒(méi)有改變［12］，因此我們推測(cè)在上行通路中IC、MGB、A1腦區(qū)也會(huì)受到運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響。但我們的研究結(jié)果顯示，IC和MGB的聽覺響應(yīng)不受小鼠運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的影響，而A1神經(jīng)元在跑動(dòng)狀態(tài)下自發(fā)與誘發(fā)都受到抑制。Zhou等［12］研究表明，聽皮層L2/3層神經(jīng)元在行為活躍時(shí)興奮性和抑制性水平有所降低，而L4層神經(jīng)元的興奮性與抑制性水平?jīng)]有發(fā)生改變，這可能導(dǎo)致聽皮層在跑動(dòng)狀態(tài)下自發(fā)放與誘發(fā)水平降低。在視覺研究中［12］，由光激活PⅤ抑制性神經(jīng)元引起誘發(fā)放電的適度降低可導(dǎo)致視覺檢測(cè)任務(wù)的性能發(fā)生顯著變化，進(jìn)一步證明了抑制性神經(jīng)元與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。由于IC和MGB受聽皮層抑制性神經(jīng)元調(diào)控較小，因此運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下群體神經(jīng)元的自發(fā)放與誘發(fā)并沒(méi)有明顯改變。

由于神經(jīng)元的自發(fā)放與誘發(fā)受到不同程度的抑制，可能導(dǎo)致聽覺響應(yīng)SNR出現(xiàn)差異。我們的結(jié)果顯示IC、MGB和A1腦區(qū)在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下聽覺響應(yīng)SNR沒(méi)有顯著變化，因此推測(cè)上行聽覺通路中腦區(qū)的聽覺響應(yīng)SNR不受大腦狀態(tài)的影響，聽覺處理的敏感性至少在從靜止到活躍狀態(tài)期間保持不變。SNR的穩(wěn)定性對(duì)于動(dòng)物在不同狀態(tài)時(shí)對(duì)外界感覺刺激的感知保持穩(wěn)定來(lái)規(guī)避危險(xiǎn)和與同類有效交流至關(guān)重要［12,21-36］，然而SNR 的功能意義仍有待通過(guò)行為研究來(lái)檢驗(yàn)。

綜上所述，在聽覺神經(jīng)通路中，神經(jīng)元以動(dòng)作電位的方式來(lái)編碼聲音特征［7,13-15］，但能更好編碼聲音特征的是聽覺響應(yīng)的絕對(duì)值還是相對(duì)值這一直是一個(gè)有爭(zhēng)議的問(wèn)題。通過(guò)系統(tǒng)研究聽覺響應(yīng)信噪比在上行通路中的演變，分別從自發(fā)放與誘發(fā)的分布趨勢(shì)、信噪比在群體上的變化趨勢(shì)以及在不同狀態(tài)下信噪比發(fā)生的改變等方面探討，結(jié)果顯示聽覺響應(yīng)SNR可能是編碼聲音特征的更好指標(biāo)。