小鼠小脑外侧核谷氨酸能和GABA能神经元对感觉刺激反应的突触机制

Cerebellum is an important central nervous organ of movement. The classical view asserts that the information integrated by cerebellar cortex neurons, results in excitation of the Purkinje cells (PC) which send the commands to deep cerebellar nucleus (DCN) neurons for modulating the movements. However, the functional categories and the mechanisms of information processing in cerebellar DCN are unclear in living animals. Recently, using in vivo patch-clamp recording with biocytin staining technique, applicants have found that the sensory stimulation failed to induce any spikes in PCs, but evoked preferentially spike firing in molecular layer interneurons, basket and stellate cells resulted in an inhibitory postsynaptic potential and a pause of spike firing in PCs. These results indicate that the classical view of sensory information transmitting and integrating in cerebellar cortex is incorrect, also raises a question of the view of the information transmitting and integrating in DCN. Therefore, applicants will use in vivo whole-cell patch-clamp recording, histochemistry, single-cell reverse transcription-multiplex polymerase chain reaction (single-cell RT-mPCR) and neuropharmacology methods to investigate the synaptic mechanisms of glutamatergic and gamma-aminobutyric acid (GABA)ergic neurons in response to the sensory stimulus in mouse lateral DCN. The results of this project will contribute to reveal the mechanisms of the information transmission and integration，as well as the modulation of movement by mouse cerebellar DCN neurons.

小脑是重要的运动中枢，经典理论认为外部信息被小脑皮层神经元整合后兴奋浦肯野细胞(PC)并向小脑核(DCN)神经元发出指令，最终实现运动调节功能，但在活体动物上，DCN神经元的功能类型及其对感觉信息的处理机制还不清楚。近年来，申请者应用在体膜片钳结合生物素染色技术，研究发现感觉刺激在小脑皮层未能诱发PC产生简单或复杂峰电位，而是优先激发分子层抑制性神经元-蓝状和星型细胞放电，导致 PC产生抑制性突触后电位并伴有PC放电暂停，表明传统的小脑皮层神经元对感觉信息的传递与整合理论存在争议，也对感觉信息在DCN中传递与整合的经典观点提出质疑。因此，申请者拟应用在体膜片钳、组织化学、单细胞RT-mPCR和药理学手段，研究外侧DCN中两类主要的神经元：谷氨酸和GABA能神经元的形态、功能及其对感觉刺激反应的突触机制，这有助于阐明感觉信息在DCN中传递与整合机制以及DCN的运动调节功能。

本项目主要应用在体膜片钳、组织化学、单细胞RT-mPCR和药理学研究小脑深部核（DCN）神经元的电生理特性及其对感觉刺激反应的方式，探讨DCN的神经元在感觉信息传递和整合过程中的作用，明确小鼠DCN神经元对感觉刺激反应的方式和特点，阐明DCN对感觉信息传递与整合的突触机制以及运动调节机制。.1..发现小脑皮层对三叉神经触觉产生抑制性反应的浦肯野细胞的轴突投射到DCN间位核（ICN）的前部(IntA)、 后部(IntP)以及背外侧峰(IntDL)，这与以往报道的投射到DCN的外侧部有所不同，我们第一次用电生理结合组织化学方法对其进行了功能定位。.2..发现在间位核ICN中，场电位记录情况下触觉刺激引起一个表现为两个连续的负向波反应即N1，N2，细胞外记录所得到的结果与其相似，表现为出现两个与之相对应的峰电位频率增加（N1，N2）。.3..发现吹风刺激能引起场电位反应的最小吹风持续时间为5ms；当吹风刺激的持续时间≥30 ms时，在ICN中观察到刺激的关闭反应（Roff），但是面部吹风刺激持续时间的增长并没有明显的影响刺激开始（Ron)(N1和N2)和 关闭（Roff）反应的幅度。此外，在ICN中N1的潜伏期和到达峰值的时间明显比在分子层ML中的N1要短，但是N2的潜伏期和到达峰值的时间明显比ML中的P1延迟。.4..发现吹风刺激使谷氨酸能神经元以产生放电增加为主，兴奋特性为产生两个放电波峰，而GABA能神经元以产生放电减少为主，有一个较弱放电反应增加，其反应时间明显延迟于谷氨酸能神经元首个放电波峰的反应时间。