-修正教科书!耳蜗神经回路超微结构获解析
作者:甘晓 蒋程
发布时间:2021-01-06
浏览次数:627
-修正教科书!耳蜗神经回路超微结构获解析

1月6日,《细胞报告》发表上海交通大学医学院附属第九人民医院教授吴皓、研究员华云峰及德国哥廷根大学Moser教授团队合作成果。该研究建立了耳蜗神经回路成像的新方法,并提出了耳蜗听神经可以整合多样的外界声音信号且受中枢紧密、多样的调控,为听觉领域开辟了新的研究方向。

哺乳动物的耳蜗是其感知外界声音的关键器官。在耳蜗中,毛细胞(inner hair cell)可通过顶部的纤毛响应由声音造成的振动,并通过细胞底部的带状突触(ribbon)将机械振动转换成电信号传递给听神经(afferent fiber),从而使声音信息经听觉通路上行至大脑进行处理。

“毛细胞在耳蜗中的具体位置对应了其所能感知声音的频率,但耳蜗毛细胞对声响的神经编码机制仍有待完善。”论文第一作者华云峰告诉《中国科学报》,如何精准的获取声强对于噪音背景下的信号提取、言语识别以及通过双侧耳的声强差来定位声源都至关重要,但已有研究中缺少对耳蜗内突触连接的多样性以及各类蜗神经的支配方式进行系统和定量的研究。

研究者通过连续切片扫描电镜(serial block-face scanning EM)重构了目前最大且具有突触分辨率的小鼠耳蜗神经回路,并首次对一系列关键超微结构进行了量化。

该研究示意图(课题组供图)

研究者在对听神经按照其所接收的声音信号来源(即毛细胞内的带状突触)进行分类时发现,在成年小鼠耳蜗中,仅有72%的听神经属于先前所报道的具有单一的突触来源,而15%的听神经在单一位点则具有多个带状突触结构,剩下的13%为分叉的听神经连接有2个以上的带状突触,可同时接受来自单个毛细胞不同位点或相邻毛细胞的信号。“这一观察修正了教科书上对耳蜗听神经受单一带状突触支配的描述,表明毛细胞与听神经的突触连接(声强的神经编码方式)可能比我们先前认为的更为多样和复杂。”华云峰说。

日常生活中,人们可以通过注意力的转移屏蔽声音的感知,听神经除了接受毛细胞的信号,还受中枢传出神经的支配,来调控其活动。在这项研究中,研究者发现不同听神经上传出神经突触的数量具有显著的差异,且随着听神经上带状突触增大或数量增加而增加。这一结果说明,中枢对耳蜗听神经的调控具有强度特异性,可选择性调控感知不同声强的听神经,这可能对背景噪音下声音信号的提取至关重要。

此外,研究者还在耳蜗中发现了一类新的突触连接。一般认为来自于内侧橄榄核复合体的传出神经(MOC)特异性支配外毛细胞(负责调节耳蜗声音放大的增益),而借助于本次电镜重构,发现该类神经同时支配耳蜗听神经,且对编码低声强的听神经具有特异性,这说明具有不同信号来源的听神经受到不同强度和组成的中枢支配。

该研究为中德两国研究团队合作成果。在这篇论文研究基础上,耳蜗神经生理功能、调控机制以及该系统的建立和可塑性变化将成为该领域和华云峰团队未来研究的新方向。



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