本研究应用荧光逆行追踪结合离体固定脑片细胞内注射
荧光染料、DAB光转化、免疫组化、免疫荧光、共聚焦激光扫描显微镜、免疫电镜等方法，研究了大鼠运动皮层第Ⅴ层内不同投射神经元的形态与超微结构特征，以及这些神经元与皮层内中间神经元和5-HT能传入的联系。主要结果如下：
1．用荧光逆行标记、细胞内染色方法研究了运动皮层Ⅴ层的皮质脊髓神经元（PTN）与皮质丘脑（CTN）和皮质纹状（CSN）神经元的形态特征。结果显示：PTN起源于深Ⅴ层，胞体较大，顶树突较粗且有分杈，树突棘丰富。这些神经元可能属于慢锥体束神经元类型。相反，CSN多起源于浅Ⅴ层，少量分布于深Ⅲ层，胞体较小，顶树突细而不分杈，树突棘相对较少，但所有神经元均有棘。CTN与CSN类似，起源于浅Ⅴ层和Ⅵ层的中、小
锥体细胞，顶树突较细但有些有分杈，其树突棘最少且有一半神经元无树突棘。这些结果表明，锥体系的PTN和锥体外系的CSN和CTN除投射部位不同外，具有明显不同的细胞起源层次、胞体大小和树突构筑，PTN与CSN之间尤其明显，提示这些神经元在接收皮层内、外传入联系方面有所区别，因而可能在运动皮层内表现出不同的放电行为和神经整合功能
2.细胞内染色的PTN和CSN的进一步电镜突触学研究结果显示，两种神经元胞体上只有F型终末形成的对称性突触，以中等大小终末为主；但PTN胞体上致密小终末较CSN的多，大终末较少。两种神经元树突上均能观察到对称性与非对称性突触，以对称性突触为主（70-90%），非对称性突触较少（8-25%）。这些突触主要分布于树突梗，少量非对称性突触见于树突棘。距胞体越远对称性突触越少而非对称性突触越多。PTN与CSN胞体与树突上的终末覆盖率基本一致（30%左右），但因PTN的致密小终末多，终末数/100 μm高于CSN。在突触空间配布方式上两种神经元之间存在一定差异。PTN与CSN的顶、基树突近端的非对称性突触都很少，但在距胞体同等距离内，CSN树突上的非对称性突触比例较PTN高。以上结果表明，PTN与CSN不仅树突构筑方面有区别，而且其突触传入也有所不同；虽然两种神经元胞体与树突上突触分布的基本方式相似，但在其突触前终末形态、类型及突触空间配布上存在区别。这些形态上的差异提示两种神经元可能接收来自不同形态及化学类型的中间神经元传入。
3．用免疫组化方法观察了Parvalbumin（PV）、GABA和甘氨酸(Glycine，Gly)能中间神经元的大小、形态及分布。PVP神经元胞体只分布于Ⅱ-Ⅵ层，而GABA-及Gly-ir神经元在Ⅰ-Ⅵ层都可见。PV-和Gly-ir神经元总数分别占GABA-ir神经元的59.3%和21.6%。三种免疫阳性神经元根据胞体大小和形态均可分为四种类型：大、中、小及梭形细胞。其中78%PV-ir神经元为中等细胞；而GABA-及Gly-ir神经元的小细胞数明显较PV—ir小细胞多。Ⅱ-Ⅲ层PV-ir细胞的轴突伸入Ⅰ层并发出侧枝平行于皮层表面走行，主干再返回Ⅱ-Ⅲ层，这一现象为首次报道。PV-ir终末以Ⅱ-Ⅴ层多见，在Ⅴ层锥体细胞胞体周围形成明显包篮现象，但在轴突起始段上未见由终末形成的串状-cartridge现象。而且，PV-ir终末数与Ⅴ层锥体神经元胞体的大小呈明显的正相关关系，GABA-ir终末数则不相关。电镜观察显示，Gly-ir神经元胞体和树突上均可见对称性和非对称性两种突触，胞体上以对称性突触为主（79.7%），非对称性突触较少（20.3%）。近端粗树突与胞体相似，而远端则以非对称性突触为主。表明树突越细，非对称性突触越多而对称性突触越少。这些结果提示，皮层内中间神经元十分复杂，具有形态及化学多样性，这些形态各异及不同化学性质的中间神经元终末在皮层内各层次以及锥体神经元各部位的分布各异，从而可能发挥不同的作用。
4．为进一步了解PV-ir终末在PTN、CSN和CTN胞体、树突与轴突上的整体分布状况，采用Fast Blue逆行标记、固定脑片细胞内注入Lucifer Yellow结合免疫荧光、Confocal显微镜观察，研究了三种投射神经元与PV-ir终末的关系。结果表明：在三种投射神经元胞体上均有PV-ir终末包绕，形成明显的包篮现象，但三种神经元胞体周围的终末数未见明显区别。阳性终末还分布于近端树突上，距胞体越远其分布越稀疏；在距胞体50μm以上的顶树突、30μm以上的基树突及其二、三级分枝的远端树突上仍有少量终末分布。此外，三种神经元轴突起始段（AIS）上也有少量终末接触，但未形成明显的cartridge现象。这一结果说明，在三种锥体神经元胞体和近端树突上主要为PV-ir的GABA能神经元终末配布，且三种神经元之间无明显差异；而这些神经元轴突起始段及远端树突上的抑制性传入终末则较少含PV。
5．为了探讨运动皮层内5-HT能传入在运动皮层的分布及其作用方式，用免疫组化方法研究了大鼠运动皮层内5-HT能纤维与5-HTR的分布及二者与皮层内锥体神经元和中间神经元的关系。结果显示：5-HT-ir纤维与5-HTR均广泛分布于运动皮层，但二者在层次分布及与锥体神经元的关系方面存在不匹配现象。5-HT-ir纤维与锥体神经元胞体与树突均很少接触，但与PV-ir中间神经元形成明显的突触样接触。相反，5-HTR则呈斑点状大量分布于皮层内的锥体及非锥体神经元胞体与近端树突内。电镜下，5-HTR-ir产物主要与胞浆内内质网膜及树突内微管等聚集在一起，呈不均匀分布。在毛细血管周围也有明显的5-HTR-ir树突与
血管内皮细胞紧密接触，但与突触活性区关系不明显。结果提示皮层内主要为5-HT〓和5-HT〓受体；5-HT能纤维与5-HTR在层次分布及与皮层内锥体神经元之间的关系方面存在不匹配现象,说明5-HT释放后除少量通过突触方式作用于中间神经元外，可能主要以弥散的、非突触传递方式作用于皮层内锥体神经元，起到神经调质的作用。
以上结果表明，运动皮层内锥体系和锥体外系投射神经元除投射部位不同外，其细胞起源层次、形态、大小、树突构筑及突触配布等方面均有所区别。这些形态上的差异不仅反映出两类神经元在接收皮层内、外兴奋性与抑制性传入联系方面存在区别，而且提示两类神经元对传入信息的空间与时间整合特性也可能不同。神经元胞体与近端树突上大量接收PV—ir的GABA能传入而强烈抑制锥体神经元的兴奋性。5-HT能传入在皮层内可能有两种作用方式。其一，少量以突触传递方式作用于GABA能中间神经元，进而前馈抑制锥体神经元；其二，主要通过弥散的、非突触传递方式调质锥体神经元的活动。本研究首次证实了运动皮层内向脊髓投射的锥体系神经元与向尾壳核和丘脑投射的锥体外系神经元具有明显不同的树突构筑和突触配布，以及这些神经元与皮层内中间神经元和皮层外传入纤维的联系。这些结果为进一步研究运动皮层神经元间的组构，以及了解锥体系和锥体外系的功能和运动控制的机理提供了依据。