老年猫视觉系统衰老的神经机制

人类已经进入老龄化社会，老年人的视觉功能呈现明显的退化，其中的许多退化不能归因于眼睛光学部分的老化，而只能归因于视网膜和视觉中枢神经系统的改变。因此，阐明视觉通路上不同层次皮层结构的神经改变可以加深对老化引起的视觉功能损伤的理解。我们拟以老年猫、青年对照猫为实验动物，采用在体单细胞记录、多电极单细胞记录、多管电极微电泳技术和免疫组化等实验方法，从以下几个方面较为系统地研究老化导致视觉功能衰退的神经机制：1、进一步研究老化对视觉通路神经元感受野反应特性的影响，特别是对神经元时空反应特性以及反应同步性的影响，并探索造成这些变化的可能机制；2、验证"老化过程中高级视觉皮层较先衰退、受损更严重"的假说，为老化相关的一些高级视觉功能的损伤提供生理学依据；3、探索用药物恢复由老化引起的视觉功能障碍的可能途径。本研究将进一步认识老年哺乳动物视觉功能衰退的神经机制，可为探索其延缓途径提供理论和实验依据。

人类已经进入老龄化社会，正常老化过程导致的视觉功能的进行性退化是目前国际上的研究热点之一。眼球光学性质和视网膜形态学的改变并不足以解释这些功能性退化，老化引起的视觉中枢的变化是这些功能性退化的重要原因，但其相关的神经机制尚缺乏系统研究。我们的研究首次提出并初步验证了“高级视皮层受损更严重”的假说。主要研究结果：1）老化对视觉通路上不同视区内神经元反应特性的影响呈现等级特异性 - 本研究采用了在体单细胞胞外记录的方法，分别在外侧膝状体（LGN）、初级视皮层（A17）、次级视皮层（A18）及后内侧部外侧上薛氏区（PMLS），记录并对比了老年猫及青年猫的细胞反应特性如对比度、潜伏期、信噪比和变异性等，结果发现与青年猫相比，老年猫外侧膝状体的细胞反应特性没有显著性的变化，而其他三个视区在老年猫中都发生了明显的功能退化，表现为对比度敏感度降低、潜伏期延长、信噪比降低和变异性增大等，而且这种功能退化在高级皮层（PMLS区）最为严重；2）老化是一个复杂且不均一的过程 - 与衰老晚期猕猴组相比，衰老早期猕猴初级视皮层神经元反应特性同样表现出功能退化如刺激选择性变差，自发放活动水平升高和信噪比降低等，但其个体变异性更大并且最大诱发发放无显著性改变，表明在衰老早期阶段V1区神经元便发生了功能性退化并且揭示了老化过程中功能退化的动态过程；3）老化对视觉通路上同一视区内不同类型的神经元具有不用的影响 - 在猕猴初级视皮层上的研究表明，与简单细胞相比，复杂细胞的细胞反应特性如方位、方向选择性等受老化影响更为显著；4）神经元的功能性退化某种程度上和性别是相关的 - 在大鼠上的研究发现，与青年组相比，中年和老年组大鼠皮层神经元的适应特性和初始潜伏期均发生了显著性地改变，但雄性与雌性间未见差异，然而，与雌性大鼠相比，中年和老年组雄性大鼠的信噪比损伤更为严重，这些研究结果表明性别对老化过程中视皮层细胞的功能退化具有一定的影响，也为老年人认知功能退化的性别差异提供了生理学依据；5）另外，我们还发现在作为对照组的青年猫外膝体中存在对比度适应现象，Y信息通路的适应效果强于X信息通路且皮层对其适应效果的反馈调制更强。上述结果加深了人们对非病理性老化导致的视觉功能障碍及其可能机制的理解，同时也在一定程度上反映了老化过程中神经系统功能变化的普遍规律，为探索相关障碍的恢复途径提供了实验依据。