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科學(xué)家揭示腦干存在一類協(xié)調(diào)發(fā)聲和呼吸的神經(jīng)元群

來源: | 作者:康森特生物科技 | 發(fā)布時間: 2024-03-13 | 149 次瀏覽 | 分享到:

2024年3月8日麻省理工學(xué)院Fan Wang團隊在Science雜志上發(fā)表文章揭示了腦干RAm存在一類協(xié)調(diào)發(fā)聲和呼吸的神經(jīng)元群。

Ram核團輸入到喉部肌肉主要是興奮性神經(jīng)元

在小鼠喉部肌肉注射逆行示蹤病毒，在腦干K?lliker-Fuse(KF)核、旁巨細胞網(wǎng)狀核、中間網(wǎng)狀核（IRt）、preB?tC、孤束核（NTS）、Ram等核團發(fā)現(xiàn)逆行投射纖維。雄性小鼠在與雌性小鼠接觸后迅速進行超聲波發(fā)聲，免疫熒光實驗發(fā)現(xiàn)在發(fā)聲行為過程中Ram核團神經(jīng)元激活最為顯著。進一步通過CANE技術(shù)標記發(fā)聲行為激活的Ram核團神經(jīng)元（Ram-voc），該類神經(jīng)元群并不表達膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶（一種運動神經(jīng)元的標志物），廣泛表達囊泡谷氨酸轉(zhuǎn)運體Vglut2,表明Ram核團輸入到喉部肌肉主要是興奮性神經(jīng)元。

在不影響正常呼吸的情況下，通過病毒抑制RAm-VOC神經(jīng)元突觸的輸入后雄性小鼠在遇見雌性小鼠后并不能發(fā)聲。在夾尾和足底電擊小鼠后均能引起吱吱的聲音，在抑制RAm-VOC神經(jīng)元活性后可阻斷上述負性刺激的發(fā)聲行為。通過病毒抑制PAG投射到RAm神經(jīng)元后也可阻斷小鼠的發(fā)聲行為。

圖1：Ram核團輸入到喉部肌肉主要是興奮性神經(jīng)元

RAm-VOC神經(jīng)元調(diào)控發(fā)聲和呼吸的協(xié)同反應(yīng)

除了主動呼氣外，發(fā)聲主要依賴于聲帶內(nèi)收。與吸氣和呼氣相一致，聲帶自然地有節(jié)奏地擴大和縮小。研究人員通過光激活RAm-VOC神經(jīng)元群可迅速關(guān)閉聲帶，并引起喉部內(nèi)收。盡管和自然狀態(tài)下超聲波的聲學(xué)特征存在差異，但光激活RAm-VOC神經(jīng)元群可人為誘發(fā)小鼠的發(fā)聲行為。

已有研究表明發(fā)聲行為和呼吸密切相關(guān)。研究人員進一步通過不同時間(50, 100,和200 ms)光激活RAm-VOC神經(jīng)元群發(fā)現(xiàn)更長時間的刺激可引起更久的呼氣，持續(xù)2秒的刺激可產(chǎn)生多個超聲波音節(jié)同時伴隨相應(yīng)的呼氣變化，這種伴隨變化可被生理性吸氣所打斷，表明RAm-VOC神經(jīng)元可調(diào)控發(fā)聲和呼氣的協(xié)同反應(yīng)。

圖2、RAm-VOC神經(jīng)元調(diào)控發(fā)聲和呼吸的協(xié)同反應(yīng)

RAm-VOC神經(jīng)元抑制性輸入調(diào)控吸氣抑制發(fā)聲

RAm-VOC神經(jīng)元是否介導(dǎo)吸氣引起的周期性的抑制發(fā)聲？逆行病毒示蹤結(jié)果顯示臂旁核、PAG、KF等腦區(qū)是RAm-VOC神經(jīng)元主要興奮性輸入，呼吸中樞preB?tC是主要的抑制性輸入。研究人員認為可能PAG—RAm-VOC興奮性輸入誘導(dǎo)聲帶內(nèi)收，而這種誘導(dǎo)作用可被preB?tC-RAm-VOC抑制性輸入進行節(jié)律性抑制調(diào)控。通過病毒策略特異性去抑制RAm-VOC興奮性神經(jīng)元后吸氣引起的發(fā)聲中斷行為嚴重受損，即表明RAm-VOC抑制性輸入調(diào)控吸氣引起的抑制發(fā)聲行為。