大脑皮质锥体神经元兴奋性调节与轴突抑制输入的双重作用

doi:10.4103/1673-5374.211186

摘要/Abstract

摘要：

受到轴突细微结构的限制，轴突上的抑制性电位如何调节神经元活动尚未在单个神经元上得到证实。为此，实验以小鼠大脑皮质锥体神经元胞体与轴突为观察对象，运用胞体轴突配对记录，同时记录胞体和轴突的电位变化，模拟轴突上抑制性输入对神经元兴奋性的调节作用。发现小鼠大脑皮质锥体神经元的阈下电位可从轴突稳定传导至胞体，与上游信息整合从而影响神经元兴奋性。轴突上抑制性电位对神经元活动的影响取决于轴突抑制性电位与上游信息在时相上的整合：若轴突上抑制性电位与胞体去极化同步发生，则削弱上游去极化幅度，抑制动作电位产生，降低神经元兴奋性；若轴突抑制性电位发生在神经元产生动作电位之后，则促进后续动作电位的产生，增加神经元动作电位的发放数量和发放精确性。结果证实轴突抑制输入在大脑皮质锥体神经元兴奋性调节中具有双重作用，轴突上的抑制输入对神经元活动发挥抑制还是易化作用，取决于神经元网络的连接模式。

ORCID:0000-0002-8633-7004(Rong-jing Ge)

关键词: 神经再生, 皮质, 锥体神经元, 胞体, 轴突, 超极化, 神经网络, 时相整合, 前馈抑制, 反馈抑制, 兴奋性

Abstract:

Limited by the tiny structure of axons, the effects of these axonal hyperpolarizing inputs on neuronal activity have not been directly elucidated. Here, we imitated these processes by simultaneously recording the activities of the somas and proximal axons of cortical pyramidal neurons. We found that spikes and subthreshold potentials propagate between somas and axons with high fidelity. Furthermore, inhibitory inputs on axons have opposite effects on neuronal activity according to their temporal integration with upstream signals. Concurrent with somatic depolarization, inhibitory inputs on axons decrease neuronal excitability and impede spike generation. In addition, following action potentials, inhibitory inputs on an axon increase neuronal spike capacity and improve spike precision. These results indicate that inhibitory inputs on proximal axons have dual regulatory functions in neuronal activity (suppression or facilitation) according to neuronal network patterns.

Key words: nerve regeneration, cortex, pyramidal neuron, soma, axon, hyperpolarization, neuronal network, feedforward inhibition, temporal integration, feedback inhibition, excitability, neural regeneration

. 大脑皮质锥体神经元兴奋性调节与轴突抑制输入的双重作用[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2017, 12(7): 1079-1085.

Lei Jiang, Hong Ni, Qi-yi Wang, Li Huang, Shi-di Zhao, Jian-dong Yu, Rong-jing Ge. Dual face of axonal inhibitory inputs in the modulation of neuronal excitability in cortical pyramidal neurons[J]. Neural Regeneration Research, 2017, 12(7): 1079-1085.

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引言

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延伸阅读

Neural Regen Res: 抑制神经元轴突电位神经元的兴奋性会怎样？

来自中国蚌埠医学院的蒋磊等的一项最新研究显示，轴突抑制输入在大脑皮质锥体神经元兴奋性调节中具有双重作用，轴突上的抑制输入对神经元活动发挥抑制还是易化作用，取决于神经元网络的连接模式。

随着对神经元轴突深入细致的研究，其复杂精细的功能逐渐被揭示。神经元轴突上分布有神经受体，使其活动受到周围递质水平的调控从而影响整个神经元的兴奋性。其中，在中枢锥体神经元轴突起始段上分布的γ氨基丁酸能受体多由周围的抑制性中间神经元支配。轴突上抑制性输入与上游信息的时相关系则取决于神经网络连接模式。受到轴突细微结构的限制，轴突上的抑制性电位如何调节神经元活动尚未在单个神经元上得到证实。

蒋磊等实验以小鼠大脑皮质锥体神经元胞体与轴突为观察对象，运用胞体轴突配对记录，同时记录胞体和轴突的电位变化，模拟轴突上抑制性输入对神经元兴奋性的调节作用。结果发现，小鼠大脑皮质锥体神经元的阈下电位可从轴突稳定传导至胞体，与上游信息整合从而影响神经元兴奋性。轴突上抑制性电位对神经元活动的影响取决于轴突抑制性电位与上游信息在时相上的整合：若轴突上抑制性电位与胞体去极化同步发生，则削弱上游去极化幅度，抑制动作电位产生，降低神经元兴奋性；若轴突抑制性电位发生在神经元产生动作电位之后，则促进后续动作电位的产生，增加神经元动作电位的发放数量和发放精确性。

研究结果在研究神经网络活动及神经元兴奋性调节方面具有方法创新，为中枢神经元活动及神经网络调控提供了新的研究思路和数据。

文章发表在《中国神经再生研究（英文版）》杂志2017年7月第7期。

Article: " Dual face of axonal inhibitory inputs in the modulation of neuronal excitability in cortical pyramidal neurons," by Lei Jiang1, 2, Hong Ni1, Qi-yi Wang3, Li Huang1, Shi-di Zhao1, Jian-dong Yu4, Rong-jing Ge1 (1 Department of Pathophysiology, Bengbu Medical College, Bengbu, Anhui Province, China; 2 Department of General Surgery, The Second Affiliated Hospital of Bengbu Medical College, Bengbu, Anhui Province, China; 3 Department of Physiology, Bengbu Medical College, Bengbu, Anhui Province, China; 4 Guangdong-Hongkong-Macau Institute of CNS Regeneration, Joint International Research Laboratory of CNS Regeneration, Ministry of Education, Jinan University, Guangzhou, Guangdong Province, China)

Jiang L, Ni H, Wang QY, Huang L, Zhao SD, Yu JD, Ge RJ (2017) Dual face of axonal inhibitory inputs in the modulation of neuronal excitability in cortical pyramidal neurons. Neural Regen Res 12(7):1079-1085.

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