触觉刺激对雌性大鼠桶状皮层感受野的影响

《Physiology & Behavior》:Effects of Tactile Stimulation on Barrel Cortex Receptive Fields in Female Rats

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月05日 来源:Physiology & Behavior 2.7

编辑推荐:

  摘要在出生后的早期发育阶段,经验依赖性可塑性在神经回路的形成中起着关键作用。在啮齿类动物中,桶状皮层是负责处理触须相关触觉信息的主要躯体感觉区域,每个桶状结构对应着一根触须的特定解剖学和功能特征。虽然已知触觉刺激会影响感觉处理,但其对雌性大鼠的影响尚未被研究。本研究探讨了触觉刺激

  

摘要

在出生后的早期发育阶段,经验依赖性可塑性在神经回路的形成中起着关键作用。在啮齿类动物中,桶状皮层是负责处理触须相关触觉信息的主要躯体感觉区域,每个桶状结构对应着一根触须的特定解剖学和功能特征。虽然已知触觉刺激会影响感觉处理,但其对雌性大鼠的影响尚未被研究。本研究探讨了触觉刺激对雌性Wistar大鼠桶状皮层神经元感受野特性的影响。实验将大鼠分为两组:对照组和触觉刺激组。研究人员记录了大鼠对主要触须及相邻触须弯曲产生的神经反应,分析了启动反应、关闭反应(刺激开始和结束时出现的兴奋性反应)、反应潜伏期以及PW/AW比率,以此评估感受野结构和感觉处理方面的变化。研究结果表明,在刺激后的时间段内,触觉刺激显著增强了PW和AW两种情况下的启动反应和关闭反应强度。此外,触觉刺激还显著降低了所有条件下的反应潜伏期,表明感觉反应的时间精度有所提高。值得注意的是,触觉刺激组的PW/AW比率显著下降,说明其感受野的中心-周围结构发生了变化。而自发活动频率及跨触须抑制比率则保持不变。这些发现表明,触觉刺激能够增强雌性大鼠桶状皮层中的兴奋性反应,为理解感觉可塑性的机制提供了新的见解。

引言

桶状皮层由位于躯体感觉皮层第四层的多细胞单元组成,这些单元被称为“桶”。每根面部的触须在桶状结构中都对应着一组特定的神经元,这使得感觉输入能够被精确地映射到皮层结构中[1,2]。在出生后的早期发育阶段,各种感觉体验会深刻影响这些神经回路的形成与完善[[3], [4], [5]]。因此,桶状皮层是研究经验依赖性可塑性及感觉皮层重组背后神经机制的理想模型[1,6]。
感觉体验在塑造啮齿类动物桶状皮层的感受野特性及皮层映射结构中起着核心作用[3,6]。触觉刺激是一种积极的感官丰富手段,表现为轻柔的抚摸或擦动,已被证明能够引发显著的神经和行为变化[[7], [8], [9]]。在啮齿类动物模型中,触觉刺激已被证实能够提升学习记忆、焦虑样行为、恐惧反应以及社会行为等认知功能[[10], [11], [12]]。例如,有研究表明,对于那些顶叶存在损伤的大鼠,新生儿期的触觉刺激能够增加额叶锥体神经元的树突长度和棘突密度,同时还能提升其行为表现[10]。与普通饲养环境相比,包含触觉刺激的环境丰富方案能够更好地提升动物的认知和运动功能[11,12]。此外,触觉刺激很可能通过调节内分泌系统以及BDNF、胰岛素样生长因子(IGF-1)等神经营养因子来发挥作用[13,14]。所有这些研究结果都表明,触觉刺激是调控大脑发育和功能的强大因素。
先前的研究显示,雄性和雌性动物对感觉体验及环境干预的反应可能存在差异,从而导致不同的神经可塑性和行为适应模式[8,15]。在面对社交性面部触碰时,雄性神经元的放电频率会比雌性高出44%,而雌性的增幅仅为19%,二者之间存在明显差异。此外,雌性的放电频率在发情期与非发情期之间还会出现1.5倍的波动,这表明激素水平会对神经元活动产生影响[16]。从结构层面来看,已有研究指出,出生后20天时,雌性大鼠的桶状皮层在右侧的面积更大,而雄性则在左侧更大[17]。在神经保护方面,无论性别如何,在感觉剥夺环境下,性激素都能提供相似的保护作用,这说明存在共同的激素调控路径[18]。另外,也有研究显示,在富集环境中提前暴露于丙戊酸的大鼠中,其认知行为表现以及桶状皮层神经元的反应也存在性别差异[19]。感觉体验的性别依赖性效应已成为神经可塑性研究中的重要因素。Afarinesh等人(2025年)的研究表明,触觉刺激能够改变雄性大鼠桶状皮层神经元的感受野特性[9]。此前的研究还发现,雌激素能够促进海马体等区域的突触生成,增加树突棘突的密度,并有助于NMDA受体介导的长时程增强效应(LTP)[20,21]。因此,了解触觉刺激在两性中的不同作用,对于开发针对神经发育障碍和感觉处理障碍的针对性干预措施具有重要意义。
迄今为止,尚无研究系统地探讨过触觉刺激对健康雌性大鼠桶状皮层神经元感受野的影响。鉴于目前已知的突触可塑性机制的性别差异[22,23]、皮质回路的激素调控机制[16,18],以及感官丰富环境所带来的行为效应[[7], [8], [9]],有必要进一步研究触觉刺激是否会在雌性大鼠身上产生特殊影响。在本研究中,我们旨在探究触觉刺激对健康雌性Wistar大鼠桶状皮层的启动反应、关闭反应特性、反应潜伏期、感受野结构(PW/AW比率)以及跨触须抑制效应(CT-Ratio)的影响。我们假设,触觉刺激会改变雌性大鼠的感受野特性,进而增强兴奋性反应并提升时间处理能力。

章节节选

实验动物与分组

所有实验均获得了克尔曼神经科学研究中心伦理委员会的批准(伦理审批代码:IR.KMU.AH.REC.1400.037)。实验动物均被安置在标准的实验室环境中(12小时光照/黑暗周期,温度为22±2℃,可随时获取食物和水)。本研究中共使用了6只怀孕的Wistar雌性大鼠。这些大鼠被随机分配到两组,每组6只:对照组和触觉刺激组。从每只母鼠中选取了两只雌性后代作为实验对象

自发活动

对照组和触觉刺激组之间的自发放电频率没有显著差异(Mann–Whitney U检验,p > 0.05,见图3a)。这一结果表明,触觉刺激并未改变大鼠神经元的基线兴奋性。

累积PSTH曲线

刺激前后时间分布图显示,两组大鼠都存在明显的启动反应和关闭反应(见图2a、b)。在处理主要触须和相邻触须的两种条件下,触觉刺激组在启动反应阶段的峰值放电频率都高于对照组。关闭反应阶段的活跃度也有所上升

讨论

本研究探讨了新生儿期触觉刺激对雌性大鼠桶状皮层神经元感受野特性的影响。我们的研究结果表明,触觉刺激显著改变了感觉处理的多个方面:在处理主要触须和相邻触须的两种条件下,启动反应和关闭反应的强度都有所增强;所有条件下的反应潜伏期均显著缩短;PW/AW比率下降,说明大鼠的感受野结构更加广泛;此外,自发活动频率以及

结论

本研究提供了新的证据,表明新生儿期触觉刺激能够引发雌性大鼠桶状皮层的经验依赖性可塑性,其表现为反应强度的提升、反应潜伏期的缩短以及感受野结构的扩大。补充分析进一步显示,这些效应在雌性大鼠中比在雄性大鼠中更为明显——雌性大鼠在第四层和第五层皮层中都出现了由触觉刺激引发的显著变化,而雄性大鼠则仅表现出

数据可用性声明

本研究的相关数据可应合理请求从通讯作者处获取。

研究审批情况

所有实验均获得了克尔曼神经科学研究中心的批准(伦理审批代码:IR.KMU.AH.REC.1400.037),并且实验过程完全遵循美国国家卫生研究院关于实验动物照料与管理的指导原则。所有实验操作也都符合ARRIVE指南的要求。

CRediT作者贡献说明

Bi Marzieh Ahmadi:文章撰写——初稿撰写,数据整理。 Mohammad Saleh Hajghani:文章撰写——初稿撰写,数据整理。 Vahid Sheibani:文章撰写——初稿撰写,结果验证。 Mohammad Reza Afarinesh:文章撰写——审阅与编辑,结果验证,资金筹集。

利益冲突声明

所有作者声明不存在任何利益冲突。

致谢

本研究是BB Marzieh Ahmadi的学位论文研究内容之一,由克尔曼神经科学研究中心提供支持(资助编号:EC/KNRC/9911)。
Bi Marzieh Ahmadi|Mohammad Saleh Hajghani|Vahid Sheibani|Mohammad Reza Afarinesh
伊朗克尔曼医学科学大学神经药理学研究所,克尔曼神经科学研究中心
相关新闻
生物通微信公众号
微信
新浪微博
  • 搜索
  • 国际
  • 国内
  • 人物
  • 产业
  • 热点
  • 科普

热点排行

    今日动态 | 人才市场 | 新技术专栏 | 中国科学人 | 云展台 | BioHot | 云讲堂直播 | 会展中心 | 特价专栏 | 技术快讯 | 免费试用

    版权所有 生物通

    Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

    联系信箱:

    粤ICP备09063491号