4、突觸反應的判斷及其波幅穩定性的評價
突觸信號的判斷
突觸信號樣的假象波有三個來源。第一、鄰近纖維的活動使靜止細胞產生電壓波動;第二、如果恒流刺激強度過大,電流就可被注入突觸后神經元,使其產生失活時間類似EPSP或EPSC的信號,其信號幅度隨刺激強度的變化而變化;第三、直接刺激突觸后神經元誘導出突觸樣的動作電位,這種反應緊接著刺激尾跡發生,沒有翻轉電位,使突觸后神經元膜電位超極化和向記錄電極內液中加入10mM的QX-314,均可避免突觸后神經元產生動作電位。但QX-314可阻斷多種突觸激活的通道(Otis,
1993),在某些情況下它還可以增加漏電流。
多突觸激活
通常情況下,刺激電流可激活多個突觸前纖維,在突觸后可記錄到多種突觸信號。因此,有必要用一些選擇性阻斷劑阻斷一些不在研究范圍內的突觸活動。而且,刺激一束纖維,通常可激活多個同種的突觸前纖維。不同的刺激強度下,被激活的突觸前纖維數目不同,從而引起的突觸反應也會不同。因此,要仔細調節刺激部位和刺激強度以便能刺激到單一的軸突(Stevens,
1995; Zhang, 1994a)。胞內刺激突觸前細胞是刺激單個軸突最好且最穩定的方法。
甚至在單個突觸前神經元被激活后,在突觸后記錄到的反應也是由多種神經遞質共同作用的結果。多突觸活動是突觸活動的疊加效應,這包括去極化和超級化反應。在一些標本中,這是不可避免的。通常可用藥物阻斷不在研究范圍內的突觸活動。提高灌流液中鈣鎂等二價陽離子的濃度至5mM,以增加動作電位的閾值,就可以有效地減少多突觸活動。通常情況下,突觸反應是否來自單突觸可以根據如下條件來判斷:潛伏時在0.5~1.5ms的范圍內,高頻刺激時突觸反應立即消失,突觸反應的上升支和下降支較平滑,且無長潛伏時成份(Berry,
1976)。
電刺激引起的突觸反應波幅在一定范圍內的波動是一種正常現象,但記錄過程中有電流衰減發生,當記錄過程中電流衰減大于10~15%,就必須中止實驗。如果電流衰減不可避免,就需記錄較長時間確定電流衰減的速度。低頻刺激(0.1~1Hz)下,記錄幾分鐘,觀察突觸反應波幅的相對穩定性。
電極內液成份與受體敏感性
在形成全細胞記錄后,胞內成份會被電極內液成份所稀釋而發生改變,但在10分鐘內即可達到平衡。因此,要記錄G蛋白耦聯受體的活性時,應向電極內液中加入10~100uM
的GTP(Trussell,
1987)。離子通道耦聯的NMDA和GABAA受體的特性在全細胞記錄過程中也會隨時間的變化而衰減。在記錄時可用多種方法來避免或減小其衰減,如提高電極內液EGTA的濃度或用BAPTA等快速絡合劑代替EGTA,使胞內鈣濃度遠遠低于1μM;向電極內液中加入mM級的ATP;采用穿孔膜片鉗記錄等。另外,電極的串聯電阻小于10MΩ或突觸距胞體較近時受體的敏感性會很快下降。
電壓鉗制是否準確
在電壓鉗制不足的情況下,記錄突觸后電流,雖然,可以為突觸藥理學和突觸效能的活動依賴性的改變提供很有用的信息,但這些數據不能用于突觸后電流幅度和時程的準確估計。那么,我們如何判斷每次記錄時電壓鉗制的質量呢?如果突觸后電流來自樹突遠端,那么,該突觸后電流的鉗制質量就較低(Silver,
1996)。另外,還有一些判斷鉗制質量的方法,如突觸電流的上升時間較長(如AMPA受體電流的上升時間大于1ms);在某一突觸后電流的翻轉電位下可見到雙相的突觸后電流等。
評價電壓鉗制質量最常用的方法就是在一次記錄后,繪制上升時間對下降時間曲線圖。如果上升和下降時間被樹突過濾過,則該曲線呈正相關關系,上升或下降時間與幅度間就會呈負相關關系。總之,上升時間受樹突過濾的影響要遠遠大于下降時間。因此,如果隨上升時間的變化,下降時間變化較小,這種情況下的下降時間是可靠的(Hestrin,
1990)。需要注意的是,上升時間與下降時間相關性較差并不足以判斷電壓鉗制的質量。Johnston等對樹突上突觸反應的鉗制效果做了深入的討論(Brown
and Johnston, 1983; Spruston, 1993)。Husser
(1997)等建議用突觸電導隨鉗制電位的變化來檢測樹突突觸反應的幅度和動力學特性。
在突觸后電流較大時也存在鉗制的偏差。這時,由電極串聯電阻引起的電壓降會影響到突觸后電流的幅度和形狀。若想驗證是否存在這個問題,可以向灌流液中加入少許受體的高親和力的阻斷劑,觀察突觸后電流的時程是否會隨其峰值的下降而變化,因為,受體的阻斷不會改變其動力學特性(Otis,
1996; Zhang, 1994b);另外,可以改變串聯電阻補償的水平,觀察在不同的補償水平下突觸后電流會不會改變(Llano, 1991;
Takahashi,
1995)。在許多情況下,有可能在發現偏差后更正突觸后電流的下降時間。值得注意的是,串聯電阻可以帶來其它的偏差,如對波形的濾波效應。盲法膜片鉗記錄中,串聯電阻通常要大于10MΩ,因此,這種影響是不可避免的。但可以用公式1/(2pRseriesCM)計算記錄系統的過濾水平,確定突觸后電流峰值和形狀受影響的程度。