视被盖兴奋性输入在Mauthner细胞腹侧树突上的分布
作者：李效义 童学红 张淑华 陈哲 高娜 虞棻 张茂先 张英才
单位：(首都医科大学生理学教研室)
关键词：Mauthner细胞； 腹侧树突； 视被盖； 鲫鱼
首都医科大学学报000101 摘 要：用多点胞内记录方法，在鲫鱼Mauthner细胞(M细胞)胞体和腹侧树突探测了逆向动作电位和刺激视被盖诱发的兴奋性突触后电位(简称视被盖EPSP)的分布情况。结果表明，逆向动作电位的幅度在胞体处最大，沿腹侧树突逐渐衰减；视被盖EPSP在胞体处的幅度较小，沿腹侧树突逐渐增加。提示：视被盖输入集中投射在腹侧树突近末梢端。
分类号：Q426
Distribution of Excitatory Inputs from
, http://www.100md.com
the Optic Tectum on the Ventral
Dendrite of the Mauthner Cell
Li Xiaoyi Tong Xuehong Zhang Shuhua Chen Zhe
Gao Na Yu Fen Zhang Maoxian Zhang Yingcai
(Department of Physiology, Capital University of Medical Sciences)
Abstract：Distribution of the antidromic action potential evoked by the stimulation of the spinal cord (AAPSC) and EPSP evoked by the stimulation of the optic tectum (EPSPOT) on the soma and ventral dendrite of the crucian carp Mauthner cell was explored by means of multiple intracellular recording technique. The results showed that the maximum amplitude of the AAPSC was recorded at the soma, it declined progressively along the ventral dendrite. The minimum amplitude of EPSPOT was recorded at the soma, it increased gradually along the ventral dendrite and declined gradually near the end of the ventral dendrite. It suggested that the optic tectum inputs concentrated and impinged on the sites near the end of the ventral dendrite.
, 百拇医药
Key words：Mauthner cell; ventral dendrite; optic tectum; crucian carp▲
硬骨鱼类的Mauthner细胞(M细胞)是延髓内的一对指令性神经元，它被激活时可引起惊跳放射(startle reflex)。M细胞接受来自外周的多种兴奋性输入[1～5]，分别投射到外侧树突和腹侧树突，整合M细胞的活动。
Zottoli等曾报道，来自视觉的传入冲动经视被盖投射至腹侧树突[2]。但由于腹侧树突由胞体发出后，基本上沿垂直方向走行于延脑深部，从脑表面很难用微电极穿刺。因此，Zottoli等刺中腹侧树突的最远点距胞体仅为100 μm。目前，对视觉传入在M细胞腹侧树突上的分布特性仍缺少深入研究。根据张淑华等的报道[6]，腹侧树突至少可被穿刺到距胞体600 μm远处。1997年6月至1999年5月，利用我室创建的多点胞内穿刺方法[7]，探查了视被盖兴奋性突触后电位(简称视被盖EPSP)沿腹侧树突的分布情况。
, http://www.100md.com
1 材料和方法
体长12～15 cm的国产鲫鱼，浸泡于3%～5%乌拉坦溶液中进行麻醉。待鱼体倾倒时立即取出，夹持在鱼槽中，用磁力泵将自来水泵入其口中，经鳃流出，以维持呼吸。按常规手术方法暴露脊柱和延髓[8]，肌肉注射三碘季胺酚(1～3 μg/g)制动。
在脊柱处安置双极刺激电极，用单个方波逆向激活M细胞轴突。刺激参数：波宽40 μs，强度4～10 V。在左侧或右侧视被盖后外侧表面安置1个双极刺激电极(极间距1 mm)，用单个方波刺激视被盖。刺激参数：波宽40 μs，强度10～60 V。使用任一种刺激强度均重复3～5次，重复刺激间隔1 s，以获得稳定可靠的反应，记录电极用0.6 mol/L K2SO4充灌，电极电阻6～10 MΩ(1 kHz)，参考电极置于脊柱头端椎旁肌肉处。
为穿刺腹侧树突，将鱼体向左倾斜约30°夹持在鱼槽内，使左侧M细胞腹侧树突向右侧伸展[7]，以提高穿刺腹侧树突远侧的成功率。因此，本研究报告的结果均来自左侧M细胞。为实现沿M细胞胞体和腹侧树突的连续穿刺，并较精确地计算穿刺点距胞体的距离，首先在延髓搜寻M细胞逆向激活时的负电中心[8]。为保证负电中心定位的准确性，均以出现30 mV以上的胞外逆向动作电位作为负电中心点。记录电极由此点向外侧移动50 μm，并获得胞内记录的穿刺点作为胞体记录点，即三维坐标系的原点，据此确定其他各记录点的坐标位置，并计算与胞体的距离[7]。
, 百拇医药
为探查视被盖EPSP在腹侧树突上的分布状况，记录电极从胞体出发，沿腹侧树突走向移动。每当电极刺入胞内，均应根据下列标准判定电极刺中的是M细胞腹侧树突无误：①逆向锋电位的阈值、潜伏期、波形均与胞体处的记录相似，而幅度随电极远离胞体而逐渐降低；②静息电位与胞体处的基本相同；③记录点的坐标位置与腹侧树突的走向符合。
实验结果由计算机监视、储存和分析。图1为实验安排示意图。
图1 实验安排示意图
S1，S2：视被盖刺激电极，S3：脊髓刺激电极， R：记录电极， M：M细胞胞体，L：外侧树突，V：腹侧树突，A：轴突，OT：视被盖
2 结果
, 百拇医药
共成功穿刺M细胞7个，每个细胞都获得了包括胞体和4～13个腹侧树突记录点的稳定反应。腹侧树突上最远的记录点距胞体486 μm。尽管在每个细胞上得到的稳定记录点数目不同、最远记录点的距离各异，但均显示相似的逆向动作电位和视被盖EPSP空间分布趋势。
图2是1次典型实验结果。图2A由上至下依次为在胞体和距胞体162、283和400 μm的腹侧树突上得到的逆向动作电位，其中胞体处逆向动作电位的幅度为29.8 mV，当记录点逐渐移向腹侧树突远端时，其幅度依次衰减为25.7、20.7和13.9 mV。图2B由下至上依次为在胞体和距胞体162、283和400 μm的腹侧树突上得到的视被盖EPSP以及在视被盖EPSP上出现的动作电位。胞体处视被盖EPSP的幅度为10.3 mV，当记录点逐渐移向腹侧树突远端时，其幅度变化依次增加为11.5、15.8和19.1 mV。
, http://www.100md.com 图2 逆向动作电位和视被盖EPSP在腹侧树突上的分布
A：由上至下排列的4条曲线依次为胞体和由近及远的3个腹侧树突记录点的胞内记录，每条曲线左侧的数字为由胞体至记录点的距离(μm)
B：由下至上排列的4条曲线依次为胞体和由近及远的3个腹侧树突记录点的胞内记录，每条曲线左侧的数字为由胞体至记录点的距离(μm) 图3是根据图2所示同一实验的全部记录点数据所标绘的逆向动作电位和视被盖EPSP的距离-幅度关系。为便于对比，图中逆向动作电位和视被盖EPSP的幅度均以相对于各自最大幅度的百分数表示。可以看出，逆向动作电位的幅度随距离增加而逐渐衰减。而视被盖EPSP的幅度在胞体时较小，随距离增加而逐渐增大。整个实验过程中，各点的静息膜电位均保持在-80 mV左右，逆向动作电位的阈值、潜伏期、波形均与胞体处的相同，幅值随电极远离胞体而降低。说明M细胞始终保持着良好的机能状态。
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图3 逆向动作电位和视被盖EPSP沿腹侧树突扩布时的距离-幅度关系
图中逆向动作电位和视被盖EPSP的幅度值均用相对于各自最大幅度的百分数表示
3 讨论
本研究采用多点胞内穿刺方法探查了逆向动作电位和视被盖EPSP在M细胞腹侧树突上的分布情况。
Braford等证实视网膜纤维投射至视被盖等区域[9]。Zottoli等报道[2]，刺激视被盖可在M细胞腹侧树突上距胞体约100 μm范围内记录到EPSP。但据我室的研究[6]，腹侧树突至少可被穿刺到距胞体大约600 μm远处。因此，M细胞腹侧树突上距胞体100 μm以上范围内视被盖EPSP的分布状况迄今未见文献报道。本工作利用张淑华等创建的多点胞内穿刺方法[7]，在M细胞腹侧树突上的穿刺点距胞体最远处达到了486 μm。
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Chang等的工作证实[5]，M细胞的胞体和2条巨大树突都不具备主动的膜特性。逆向动作电位主动传播的终点在轴丘上，由此再以电紧张扩布的方式波及胞体及树突。故逆向动作电位在腹侧树突上进行衰减性扩布。本工作的结果也表明，逆向动作电位在胞体处幅度最大，沿腹侧树突呈衰减性扩布。本研究中观察到，视被盖EPSP在胞体处幅度较小，沿腹侧树突逐渐增大，至距胞体约486 μm时幅度最大。据此，推测视被盖向M细胞的输入集中投射在腹侧树突近末梢端。■
基金项目：北京市教委科研基金项目(9904)
参考文献：
[1]Eaton R C, Bombardieri R A. Behavioral functions of the Mauthner neuron. In: Faber D S, Korn H eds. Neurobiology of the Mauthner cell. New York: Raven, 1978.221～244
, http://www.100md.com
[2]Zottoli S J, Hordes A R, Faber D S. Localization of optic tectal input to the ventral dendrite of the goldfish Mauthner cell. Brain Res, 1987,401:113～121
[3]Korn H, Faber D S. Inputs from the posterior lateralline nerves upon the goldfish Mauthner cell. Ⅰ. Properties and synaptic localization of the excitatory component. Brain Res, 1975,96:342～348
[4]张英才,张淑华,虞棻,等.嗅神经兴奋性输入在鲫鱼Mauthner细胞上的定位.首都医科大学学报,1997,18(4):301～304
, http://www.100md.com
[5]Chang Y C, Lin J W, Faber D S. Spinal inputs to the ventral dendrite of the teleost Mauthner cell. Brain Res,1987,417:205～213
[6]张淑华,张英才.利用多点胞内记录技术测量硬骨鱼Mauthner细胞的空间方位.首都医学院学报,1992,13(3):218～223
[7]张淑华,张英才.硬骨鱼Mauthner细胞腹侧树突多点胞内穿刺技术.首都医学院学报,1991,12(1):56～58
[8]Furshpan E J, Furukawa T. Intracellular and extracellular resonses of the several regions of the Mauthner cell of the goldfish. J Neurophysiol,1962,25:732～771
[9]Braford M R, Northcutt R G. Organization of the diencephalon and the ray-finned fishes. In:Davis R, Northcutt R G eds. Fish neurobilogy(Vol.2). Ann Arbor: Vniv of Michigan Press,1983.117～163
收稿日期：1999-06-15, 百拇医药
单位：(首都医科大学生理学教研室)
关键词：Mauthner细胞； 腹侧树突； 视被盖； 鲫鱼
首都医科大学学报000101 摘 要：用多点胞内记录方法，在鲫鱼Mauthner细胞(M细胞)胞体和腹侧树突探测了逆向动作电位和刺激视被盖诱发的兴奋性突触后电位(简称视被盖EPSP)的分布情况。结果表明，逆向动作电位的幅度在胞体处最大，沿腹侧树突逐渐衰减；视被盖EPSP在胞体处的幅度较小，沿腹侧树突逐渐增加。提示：视被盖输入集中投射在腹侧树突近末梢端。
分类号：Q426
Distribution of Excitatory Inputs from
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the Optic Tectum on the Ventral
Dendrite of the Mauthner Cell
Li Xiaoyi Tong Xuehong Zhang Shuhua Chen Zhe
Gao Na Yu Fen Zhang Maoxian Zhang Yingcai
(Department of Physiology, Capital University of Medical Sciences)
Abstract：Distribution of the antidromic action potential evoked by the stimulation of the spinal cord (AAPSC) and EPSP evoked by the stimulation of the optic tectum (EPSPOT) on the soma and ventral dendrite of the crucian carp Mauthner cell was explored by means of multiple intracellular recording technique. The results showed that the maximum amplitude of the AAPSC was recorded at the soma, it declined progressively along the ventral dendrite. The minimum amplitude of EPSPOT was recorded at the soma, it increased gradually along the ventral dendrite and declined gradually near the end of the ventral dendrite. It suggested that the optic tectum inputs concentrated and impinged on the sites near the end of the ventral dendrite.
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Key words：Mauthner cell; ventral dendrite; optic tectum; crucian carp▲
硬骨鱼类的Mauthner细胞(M细胞)是延髓内的一对指令性神经元，它被激活时可引起惊跳放射(startle reflex)。M细胞接受来自外周的多种兴奋性输入[1～5]，分别投射到外侧树突和腹侧树突，整合M细胞的活动。
Zottoli等曾报道，来自视觉的传入冲动经视被盖投射至腹侧树突[2]。但由于腹侧树突由胞体发出后，基本上沿垂直方向走行于延脑深部，从脑表面很难用微电极穿刺。因此，Zottoli等刺中腹侧树突的最远点距胞体仅为100 μm。目前，对视觉传入在M细胞腹侧树突上的分布特性仍缺少深入研究。根据张淑华等的报道[6]，腹侧树突至少可被穿刺到距胞体600 μm远处。1997年6月至1999年5月，利用我室创建的多点胞内穿刺方法[7]，探查了视被盖兴奋性突触后电位(简称视被盖EPSP)沿腹侧树突的分布情况。
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1 材料和方法
体长12～15 cm的国产鲫鱼，浸泡于3%～5%乌拉坦溶液中进行麻醉。待鱼体倾倒时立即取出，夹持在鱼槽中，用磁力泵将自来水泵入其口中，经鳃流出，以维持呼吸。按常规手术方法暴露脊柱和延髓[8]，肌肉注射三碘季胺酚(1～3 μg/g)制动。
在脊柱处安置双极刺激电极，用单个方波逆向激活M细胞轴突。刺激参数：波宽40 μs，强度4～10 V。在左侧或右侧视被盖后外侧表面安置1个双极刺激电极(极间距1 mm)，用单个方波刺激视被盖。刺激参数：波宽40 μs，强度10～60 V。使用任一种刺激强度均重复3～5次，重复刺激间隔1 s，以获得稳定可靠的反应，记录电极用0.6 mol/L K2SO4充灌，电极电阻6～10 MΩ(1 kHz)，参考电极置于脊柱头端椎旁肌肉处。
为穿刺腹侧树突，将鱼体向左倾斜约30°夹持在鱼槽内，使左侧M细胞腹侧树突向右侧伸展[7]，以提高穿刺腹侧树突远侧的成功率。因此，本研究报告的结果均来自左侧M细胞。为实现沿M细胞胞体和腹侧树突的连续穿刺，并较精确地计算穿刺点距胞体的距离，首先在延髓搜寻M细胞逆向激活时的负电中心[8]。为保证负电中心定位的准确性，均以出现30 mV以上的胞外逆向动作电位作为负电中心点。记录电极由此点向外侧移动50 μm，并获得胞内记录的穿刺点作为胞体记录点，即三维坐标系的原点，据此确定其他各记录点的坐标位置，并计算与胞体的距离[7]。
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为探查视被盖EPSP在腹侧树突上的分布状况，记录电极从胞体出发，沿腹侧树突走向移动。每当电极刺入胞内，均应根据下列标准判定电极刺中的是M细胞腹侧树突无误：①逆向锋电位的阈值、潜伏期、波形均与胞体处的记录相似，而幅度随电极远离胞体而逐渐降低；②静息电位与胞体处的基本相同；③记录点的坐标位置与腹侧树突的走向符合。
实验结果由计算机监视、储存和分析。图1为实验安排示意图。
图1 实验安排示意图
S1，S2：视被盖刺激电极，S3：脊髓刺激电极， R：记录电极， M：M细胞胞体，L：外侧树突，V：腹侧树突，A：轴突，OT：视被盖
2 结果
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共成功穿刺M细胞7个，每个细胞都获得了包括胞体和4～13个腹侧树突记录点的稳定反应。腹侧树突上最远的记录点距胞体486 μm。尽管在每个细胞上得到的稳定记录点数目不同、最远记录点的距离各异，但均显示相似的逆向动作电位和视被盖EPSP空间分布趋势。
图2是1次典型实验结果。图2A由上至下依次为在胞体和距胞体162、283和400 μm的腹侧树突上得到的逆向动作电位，其中胞体处逆向动作电位的幅度为29.8 mV，当记录点逐渐移向腹侧树突远端时，其幅度依次衰减为25.7、20.7和13.9 mV。图2B由下至上依次为在胞体和距胞体162、283和400 μm的腹侧树突上得到的视被盖EPSP以及在视被盖EPSP上出现的动作电位。胞体处视被盖EPSP的幅度为10.3 mV，当记录点逐渐移向腹侧树突远端时，其幅度变化依次增加为11.5、15.8和19.1 mV。
, http://www.100md.com 图2 逆向动作电位和视被盖EPSP在腹侧树突上的分布
A：由上至下排列的4条曲线依次为胞体和由近及远的3个腹侧树突记录点的胞内记录，每条曲线左侧的数字为由胞体至记录点的距离(μm)
B：由下至上排列的4条曲线依次为胞体和由近及远的3个腹侧树突记录点的胞内记录，每条曲线左侧的数字为由胞体至记录点的距离(μm) 图3是根据图2所示同一实验的全部记录点数据所标绘的逆向动作电位和视被盖EPSP的距离-幅度关系。为便于对比，图中逆向动作电位和视被盖EPSP的幅度均以相对于各自最大幅度的百分数表示。可以看出，逆向动作电位的幅度随距离增加而逐渐衰减。而视被盖EPSP的幅度在胞体时较小，随距离增加而逐渐增大。整个实验过程中，各点的静息膜电位均保持在-80 mV左右，逆向动作电位的阈值、潜伏期、波形均与胞体处的相同，幅值随电极远离胞体而降低。说明M细胞始终保持着良好的机能状态。
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图3 逆向动作电位和视被盖EPSP沿腹侧树突扩布时的距离-幅度关系
图中逆向动作电位和视被盖EPSP的幅度值均用相对于各自最大幅度的百分数表示
3 讨论
本研究采用多点胞内穿刺方法探查了逆向动作电位和视被盖EPSP在M细胞腹侧树突上的分布情况。
Braford等证实视网膜纤维投射至视被盖等区域[9]。Zottoli等报道[2]，刺激视被盖可在M细胞腹侧树突上距胞体约100 μm范围内记录到EPSP。但据我室的研究[6]，腹侧树突至少可被穿刺到距胞体大约600 μm远处。因此，M细胞腹侧树突上距胞体100 μm以上范围内视被盖EPSP的分布状况迄今未见文献报道。本工作利用张淑华等创建的多点胞内穿刺方法[7]，在M细胞腹侧树突上的穿刺点距胞体最远处达到了486 μm。
, http://www.100md.com
Chang等的工作证实[5]，M细胞的胞体和2条巨大树突都不具备主动的膜特性。逆向动作电位主动传播的终点在轴丘上，由此再以电紧张扩布的方式波及胞体及树突。故逆向动作电位在腹侧树突上进行衰减性扩布。本工作的结果也表明，逆向动作电位在胞体处幅度最大，沿腹侧树突呈衰减性扩布。本研究中观察到，视被盖EPSP在胞体处幅度较小，沿腹侧树突逐渐增大，至距胞体约486 μm时幅度最大。据此，推测视被盖向M细胞的输入集中投射在腹侧树突近末梢端。■
基金项目：北京市教委科研基金项目(9904)
参考文献：
[1]Eaton R C, Bombardieri R A. Behavioral functions of the Mauthner neuron. In: Faber D S, Korn H eds. Neurobiology of the Mauthner cell. New York: Raven, 1978.221～244
, http://www.100md.com
[2]Zottoli S J, Hordes A R, Faber D S. Localization of optic tectal input to the ventral dendrite of the goldfish Mauthner cell. Brain Res, 1987,401:113～121
[3]Korn H, Faber D S. Inputs from the posterior lateralline nerves upon the goldfish Mauthner cell. Ⅰ. Properties and synaptic localization of the excitatory component. Brain Res, 1975,96:342～348
[4]张英才,张淑华,虞棻,等.嗅神经兴奋性输入在鲫鱼Mauthner细胞上的定位.首都医科大学学报,1997,18(4):301～304
, http://www.100md.com
[5]Chang Y C, Lin J W, Faber D S. Spinal inputs to the ventral dendrite of the teleost Mauthner cell. Brain Res,1987,417:205～213
[6]张淑华,张英才.利用多点胞内记录技术测量硬骨鱼Mauthner细胞的空间方位.首都医学院学报,1992,13(3):218～223
[7]张淑华,张英才.硬骨鱼Mauthner细胞腹侧树突多点胞内穿刺技术.首都医学院学报,1991,12(1):56～58
[8]Furshpan E J, Furukawa T. Intracellular and extracellular resonses of the several regions of the Mauthner cell of the goldfish. J Neurophysiol,1962,25:732～771
[9]Braford M R, Northcutt R G. Organization of the diencephalon and the ray-finned fishes. In:Davis R, Northcutt R G eds. Fish neurobilogy(Vol.2). Ann Arbor: Vniv of Michigan Press,1983.117～163
收稿日期：1999-06-15, 百拇医药