大鼠初級(jí)視皮層整合野朝向信息調(diào)制的非線性動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、初級(jí)視皮層（V1區(qū)）是大鼠處理視覺信息的重要神經(jīng)皮層。大鼠 V1區(qū)的神經(jīng)元感受野周圍環(huán)繞著整合野，整合野對(duì)感受野的響應(yīng)產(chǎn)生抑制或易化的調(diào)制作用。整合野的外周調(diào)制作用對(duì)分辨視覺刺激的輪廓、邊角和局部特征起到關(guān)鍵作用，是生物進(jìn)行圖像背景分割和目標(biāo)識(shí)別的神經(jīng)基礎(chǔ)。視覺刺激下神經(jīng)元響應(yīng)信號(hào)具有非線性動(dòng)力學(xué)特性，能夠反映大鼠狀態(tài)的變化和神經(jīng)信號(hào)的調(diào)制機(jī)制，因而，受到神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域研究者的極大關(guān)注。利用非線性動(dòng)力學(xué)分析方法研究整合野朝向信息調(diào)制作用下

2、神經(jīng)元響應(yīng)信號(hào)的非線性特征能夠發(fā)現(xiàn)近似隨機(jī)信號(hào)的內(nèi)在確定性，獲得更多的動(dòng)態(tài)信息，有助于了解視覺系統(tǒng)處理復(fù)雜圖像的非線性神經(jīng)機(jī)制。
　　本文以LE（Long Evans）大鼠為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了三種類型的圓形光柵刺激模式，利用非線性動(dòng)力學(xué)分析方法對(duì)整合野朝向信息調(diào)制作用下大鼠V1區(qū)神經(jīng)元響應(yīng)信號(hào)的混沌特征和分形特征分別進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容如下：
　?。?）確定了大鼠 V1區(qū)神經(jīng)元整合野范圍和整合特性。首先，利用棋盤格確定了感受野

3、的中心位置，利用全屏光柵測(cè)定神經(jīng)元響應(yīng)的最佳刺激參數(shù)；然后，根據(jù)感受野位置和最佳刺激參數(shù)，采用圓形灰屏遮蓋法確定感受野和整合野的范圍；最后，采用圓形光柵遞增法驗(yàn)證所確定的整合野范圍，并進(jìn)一步確定整合野的整合特性。
　?。?）提取了整合野朝向信息調(diào)制下動(dòng)作電位信號(hào)的混沌特征，分析了混沌特征表征視覺刺激的能力及其對(duì)神經(jīng)元實(shí)現(xiàn)信息傳遞的貢獻(xiàn)。首先，依據(jù)電生理實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的大鼠V1區(qū)神經(jīng)信號(hào)，對(duì)動(dòng)作電位發(fā)放時(shí)間間隔進(jìn)行相空間重構(gòu)，確定了相空間

4、重構(gòu)參數(shù)；然后，根據(jù)相空間重構(gòu)參數(shù)，利用最大李雅普諾夫指數(shù)，提取了整合野朝向變化時(shí)響應(yīng)信號(hào)混沌狀態(tài)特征；最后，通過(guò)遞歸圖算法計(jì)算神經(jīng)元響應(yīng)信號(hào)的動(dòng)力學(xué)信息量，分析了不同混沌狀態(tài)下信號(hào)傳遞的動(dòng)力學(xué)信息量變化情況。分析結(jié)果表明：整合野朝向信息調(diào)制下最大李雅普諾夫指數(shù)更可靠地表征了視覺刺激信息；整合野朝向信息調(diào)制下響應(yīng)信號(hào)混沌性增強(qiáng)，有助于提高神經(jīng)元信息傳遞效率。
　?。?）提取了整合野朝向信息調(diào)制下動(dòng)作電位信號(hào)的分形特征，分析了神經(jīng)元

5、之間的連接性及其對(duì)整合野抑制調(diào)制作用的影響。首先，以具有重疊感受野的兩兩神經(jīng)元為分析對(duì)象，利用多重分形去趨勢(shì)波動(dòng)互相關(guān)分析方法，提取了神經(jīng)元響應(yīng)信號(hào)的分形特征，用于表征神經(jīng)元之間的非線性相關(guān)性，并以此為指標(biāo)分析了整合野朝向信息調(diào)制作用下神經(jīng)元之間連接性的變化情況；然后，將所提取的分形特征與傳統(tǒng)的互相關(guān)分析得到的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比；最后，分析了神經(jīng)元間連接性與整合野抑制調(diào)制作用之間的關(guān)系。分析結(jié)果表明：整合野朝向信息調(diào)制作用顯著增強(qiáng)了神經(jīng)元之