大蹄蝠适应于在高度杂波空间中感受回声定位信号的突触机制研究

When a CF-FM bat preys in a narrow space it receives not only echoes reflected from it's target but also background clutters reflected from reverberant surface afer it emits an echolocation call. The CF-FM bat inevitablely faces a problem that how to distinguish and determine the echo carrying informations about target among emitted call and multiple reflections in this highly cluttered situation. Previous studies have suggested that the CF-FM bat which emitted complex CF-FM pulses could detect target range by analyzing the delay between FM signals in pulse and echo, and decide the relative speed between bat and moving target by compensating doppler shift of CF signal induced by insect fluttering. However, the synaptic mechanisms of bat auditory center neurons processing these specific parameters in echolocation signal are remained unclear. In this study of leaf-nosed bat with in vivo intracellular recording, we will explore in inferior colliculus (IC) how neural inputs shape neuron's responses to CF and FM signals, and how they temporally and spectrally integrate to encode the distance and relative speed of target included in pulse-echo pair in cluttered situation. Our finding will contribute to understand the neural mechanism of echolocation during adaptive evolution of leaf-nosed bat, and also to further recoganize the principle of auditory center processing echolocation signal in complicated auditory habitat.

对于在高度杂波空间中捕食的CF-FM蝙蝠，如何从发声和众多由背景环境物体反射的杂波回声中分辨和判断来自靶物的回声所携带的信息是其所面临的问题？已有的研究表明，CF-FM蝙蝠可通过发出复杂的CF-FM声脉冲，并分析发声与回声信号的FM成分之间的延迟来确定靶物的距离，以及通过补偿回声中CF成分根据昆虫振翅产生的多普勒频率漂移来判断昆虫飞行的相对速度。然而蝙蝠听中枢神经元感受这些回声定位信号中特定参数的突触机制仍需进一步的研究。本研究拟在大蹄蝠下丘采用细胞内电生理记录方法，着重探讨不同特性的神经输入如何在下丘定型CF和FM声成分的反应，并通过时相和频率整合来处理杂波环境下发声-回声对中包含的靶物距离和相对移动速度的信息。这一研究将有助于从细胞水平认识大蹄蝠对回声定位适应性进化的神经机制，并促进人们对听中枢在复杂听环境下对回声定位信号加工原理的认识。

在高度杂波空间中捕食的CF-FM蝙蝠，通过发出复杂的CF-FM声脉冲，并分析发声与回声信号的FM成分之间的延迟来确定靶物距离，以及补偿回声中CF成分根据昆虫振翅产生的多普勒频率漂移来判断昆虫飞行的相对速度，从而帮助其从发声和众多由背景环境物体反射的杂波回声中分辨和判断来自靶物的回声所携带的信息。蝙蝠听中枢神经元感受这些回声定位信号中特定参数的突触机制并不清楚。本研究以大蹄蝠为研究对象，模拟蝙蝠不同模式的CF-FM发声回声脉冲对，采用细胞内电生理记录方法，探讨了下丘 (inferior colliculus , IC) 神经元定型CF和FM声成分的反应，以及处理CF-FM发声回声脉冲对时相和频率整合的突触机制。结果显示：1、由CF成分引起的AP后跟随超极化是定型SO和DO反应模式的主要突触机制；2、大蹄蝠IC中易化型联合敏感神经元的联合敏感反应特性是在IC中形成，并且依赖于低频抑制性输入诱发的抑制后兴奋性反弹与高频声刺激诱发的兴奋性反应在时间上的巧合，从而定型该神经元的最佳延迟时间，以获取靶物有关距离信息。3、大部分未记录到低频抑制性输入的抑制性联合敏感神经元，其联合敏感抑制性作用可能继承自IC下的听中枢核团，或由外周基底膜的震荡作用所致。少部分接受低频抑制性输入的抑制型联合敏感神经元则可能通过低频声刺激诱发的抑制与高频声刺激引起的兴奋相互作用，在IC形成联合敏感的反应特性；还能够通过比较低频抑制性输入所激活的超极化反应的大小来确定联合敏感神经元对不同谐波联合频率的最佳偏差，以编码蝙蝠多普勒频移行为中的速度信息。上述研究结果解释了大蹄蝠IC神经元利用CF-FM发声回声信号，在特定时相和频率下处理回声定位信息的神经机制，有助于从细胞水平认识大蹄蝠对回声定位适应性进化的神经机制，并促进人们对听中枢在复杂听环境下对回声定位信号加工原理的认识。