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科学家揭示脑干存在一类协调发声和呼吸的神经元群
来源: | 作者:康森特生物科技 | 发布时间: 2024-03-13 | 103 次浏览 | 分享到:

2024年3月8日麻省理工学院Fan Wang团队在Science杂志上发表文章揭示了脑干RAm存在一类协调发声和呼吸的神经元群。

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Ram核团输入到喉部肌肉主要是兴奋性神经元



在小鼠喉部肌肉注射逆行示踪病毒,在脑干Kölliker-Fuse(KF)核、旁巨细胞网状核、中间网状核(IRt)、preBötC、孤束核(NTS)、Ram等核团发现逆行投射纤维。雄性小鼠在与雌性小鼠接触后迅速进行超声波发声,免疫荧光实验发现在发声行为过程中Ram核团神经元激活最为显著。进一步通过CANE技术标记发声行为激活的Ram核团神经元(Ram-voc),该类神经元群并不表达胆碱乙酰转移酶(一种运动神经元的标志物),广泛表达囊泡谷氨酸转运体Vglut2,表明Ram核团输入到喉部肌肉主要是兴奋性神经元。

在不影响正常呼吸的情况下,通过病毒抑制RAm-VOC神经元突触的输入后雄性小鼠在遇见雌性小鼠后并不能发声。在夹尾和足底电击小鼠后均能引起吱吱的声音,在抑制RAm-VOC神经元活性后可阻断上述负性刺激的发声行为。通过病毒抑制PAG投射到RAm神经元后也可阻断小鼠的发声行为。


图1:Ram核团输入到喉部肌肉主要是兴奋性神经元


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RAm-VOC神经元调控发声和呼吸的协同反应

除了主动呼气外,发声主要依赖于声带内收。与吸气和呼气相一致,声带自然地有节奏地扩大和缩小。研究人员通过光激活RAm-VOC神经元群可迅速关闭声带,并引起喉部内收。尽管和自然状态下超声波的声学特征存在差异,但光激活RAm-VOC神经元群可人为诱发小鼠的发声行为。

已有研究表明发声行为和呼吸密切相关。研究人员进一步通过不同时间(50, 100,和200 ms)光激活RAm-VOC神经元群发现更长时间的刺激可引起更久的呼气,持续2秒的刺激可产生多个超声波音节同时伴随相应的呼气变化,这种伴随变化可被生理性吸气所打断,表明RAm-VOC神经元可调控发声和呼气的协同反应。



图2、RAm-VOC神经元调控发声和呼吸的协同反应

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RAm-VOC神经元抑制性输入调控吸气抑制发声

RAm-VOC神经元是否介导吸气引起的周期性的抑制发声?逆行病毒示踪结果显示臂旁核、PAG、KF等脑区是RAm-VOC神经元主要兴奋性输入,呼吸中枢preBötC是主要的抑制性输入。研究人员认为可能PAG—RAm-VOC兴奋性输入诱导声带内收,而这种诱导作用可被preBötC-RAm-VOC抑制性输入进行节律性抑制调控。通过病毒策略特异性去抑制RAm-VOC兴奋性神经元后吸气引起的发声中断行为严重受损,即表明RAm-VOC抑制性输入调控吸气引起的抑制发声行为。

图3:RAm-VOC神经元抑制性输入调控吸气抑制发声


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本文揭示了调控发声和呼吸相互作用的神经元群:RAm-VOC兴奋性输入诱导声带内收,促进发声行为,同时伴随呼气;RAm-VOC抑制性输入调控吸气抑制发声。





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