光柵刺激下大鼠初級(jí)視覺皮層神經(jīng)元及集群編碼研究.pdf

1、視覺是哺乳動(dòng)物接收外界信息的主要途徑,視覺皮層是大腦皮層中主要負(fù)責(zé)視覺信息處理的部分,而初級(jí)視覺皮層是視覺皮層中最早參與視覺組織活動(dòng)的區(qū)域。鋒電位序列是神經(jīng)元傳遞信息的主要載體,蘊(yùn)含了大量與視覺刺激特征相關(guān)的信息。單神經(jīng)元編碼研究是找出鋒電位序列中與刺激相關(guān)的有效響應(yīng)特征的重要手段,而對(duì)信息的編碼與處理在很大程度上是通過大量神經(jīng)元群體協(xié)同活動(dòng)構(gòu)成的。因此,研究初級(jí)視覺皮層神經(jīng)元及集群編碼機(jī)制是視神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要問題。
　　

2、 本文以Long Evens(LE)大鼠初級(jí)視覺皮層神經(jīng)元為研究對(duì)象,使用多通道微電極陣列記錄大鼠初級(jí)視覺皮層神經(jīng)元在不同光柵刺激下的放電活動(dòng),提取鋒電位序列發(fā)放率和時(shí)間間隔特征。采用貝葉斯估計(jì)理論,對(duì)單神經(jīng)元編碼進(jìn)行了初步研究;分別采用平均發(fā)放頻率編碼和相關(guān)編碼兩種方式,對(duì)集群編碼進(jìn)行了探索。具體內(nèi)容如下:
　　 (1)研究單神經(jīng)元編碼:首先,提取神經(jīng)元發(fā)放頻率,分別采用多峰高斯分布和泊松分布對(duì)各朝向下發(fā)放率的概率密度函數(shù)進(jìn)行

3、擬合,根據(jù)貝葉斯估計(jì)理論,研究發(fā)放頻率對(duì)朝向的編碼情況。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):神經(jīng)元的發(fā)放率更加逼近泊松分布,具有朝向選擇特性的神經(jīng)元的發(fā)放率比不具有朝向選擇特性的神經(jīng)元攜帶了更多與朝向相關(guān)的信息。然后,提取神經(jīng)元的發(fā)放時(shí)間間隔,采用指數(shù)分布對(duì)各朝向下時(shí)間間隔分布概率密度函數(shù)進(jìn)行擬合,根據(jù)貝葉斯估計(jì)理論,研究時(shí)間間隔對(duì)朝向的編碼情況。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):時(shí)間間隔攜帶了與朝向相關(guān)的信息,而不具有朝向選擇特性的神經(jīng)元的時(shí)間間隔比具有朝向選擇特性的神經(jīng)元攜

4、帶了更多與朝向相關(guān)的信息。接著,本文提出了復(fù)合編碼方法,即同時(shí)綜合神經(jīng)元的發(fā)放率和時(shí)間間隔兩種響應(yīng)特征,采用貝葉斯估計(jì)理論,研究二者對(duì)朝向的編碼情況。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):發(fā)放率和時(shí)間間隔共同參與了對(duì)朝向的編碼。最后,對(duì)三種編碼方式進(jìn)行了比較,比較結(jié)果證明:具有朝向選擇特性的神經(jīng)元是大鼠V1區(qū)對(duì)朝向編碼的主體,而發(fā)放率是神經(jīng)元對(duì)朝向編碼的主體特征。
　　 (2)研究集群編碼:首先,提取不同特征的光柵刺激下神經(jīng)元群體的發(fā)放頻率,采用平均發(fā)

5、放頻率編碼的方法對(duì)神經(jīng)元集群編碼做了初步地研究,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):不同特征的光柵刺激時(shí),參與頻率編碼的神經(jīng)元集群的成員是基本不變的,集群的發(fā)放頻率是變化的,但差別不明顯。然后,采用互相關(guān)曲線法,對(duì)相關(guān)編碼作了初步地探索,結(jié)果表明:光柵的特征參數(shù)發(fā)生變化時(shí),同一組神經(jīng)元之間的互相關(guān)性會(huì)發(fā)生顯著變化,神經(jīng)元之間的互相關(guān)曲線的峰值所處的時(shí)延位置會(huì)發(fā)生變化,代表對(duì)該光柵的相關(guān)信息進(jìn)行傳遞和處理的神經(jīng)元回路連接機(jī)制發(fā)生了變化;同一神經(jīng)元會(huì)與不同的神經(jīng)