聯(lián)合鋒電位和局部場電位的視覺信息整合特性研究.pdf

1、大腦的視覺系統(tǒng)是動物從外界獲取信息的主要感知系統(tǒng)。視覺信息首先經(jīng)過初級視覺皮層（V1區(qū)）進行處理然后再傳遞到更高級的視覺皮層進行表達。V1區(qū)是最早參與視覺信息整合的皮層區(qū)域，該區(qū)神經(jīng)元的整合野具有調(diào)制感受野內(nèi)神經(jīng)元響應(yīng)的特性，其調(diào)制作用在視覺信息整合中起到關(guān)鍵作用。因此，研究整合野對視覺信息的整合作用對深入研究視覺系統(tǒng)信息處理機制和解決復(fù)雜圖像處理問題具有重要意義。
　　鋒電位（Spike）和局部場電位（LFP）是兩種不同頻帶的信

2、號，它們攜帶了不同的視覺信息，并且協(xié)同參與了視覺信息處理的過程。本文以大鼠為模式動物，采用多通道微電極陣列采集了 V1區(qū)神經(jīng)元在不同刺激模式下的 Spike和LFP信號，研究了不同視覺刺激模式下整合野的整合特性。主要內(nèi)容及成果如下：
　?。?）測定了V1區(qū)神經(jīng)元整合野的位置和類型。
　　首先，設(shè)計了黑白棋盤格的刺激模式，采用反向相關(guān)法，確定了神經(jīng)元感受野的中心位置，作為整合野的中心坐標；然后，設(shè)計了半徑逐漸變大的環(huán)形光柵，確

3、定了神經(jīng)元整合野的大??；最后，設(shè)計了半徑逐漸變大的圓形光柵，分析了神經(jīng)元整合野的調(diào)制特性。結(jié)果表明：隨著遮擋感受野圓面積的逐漸增加，神經(jīng)元的響應(yīng)強度先變大后變小，且實驗中采集到的神經(jīng)元整合野均表現(xiàn)出抑制性的調(diào)制特性。
　　（2）提取了用于研究整合野整合特性的Spike和LFP聯(lián)合特征。
　　首先，對Spike和LFP信號進行了預(yù)處理；然后，提取了Spike發(fā)放率和LFP伽馬頻帶功率；其次，根據(jù)Spike和LFP之間的相關(guān)性，

4、利用匹配追蹤算法和觸發(fā)平均技術(shù)，分析Spike觸發(fā)下的平均伽馬LFP波形在刺激開始后不同時段的波形幅值變化，確定了Spike觸發(fā)下LFP響應(yīng)的時間區(qū)間，并且在響應(yīng)區(qū)間內(nèi)，提取了Spike觸發(fā)的伽馬LFP瞬時能量。結(jié)果表明：利用小波變換和聚類方法能夠?qū)崿F(xiàn)對 Spike的分類和去噪，采用自適應(yīng)濾波的方法可以有效的去除LFP波形中的工頻噪聲、高頻噪聲；在刺激開始后，Spike觸發(fā)下LFP響應(yīng)的時間區(qū)間為1 ms到8 ms之間。
　　（3

5、）分別分析了V1區(qū)神經(jīng)元整合野在空間頻率、朝向和對比度信息下的整合特性，并驗證了Spike觸發(fā)的伽馬LFP瞬時能量在分析整合野整合特性中的有效性。
　　首先，提取了不同空間頻率、不同朝向和不同對比度的環(huán)形移動光柵刺激下的Spike發(fā)放率、伽馬LFP功率和Spike觸發(fā)的伽馬LFP瞬時能量，分析了神經(jīng)元整合野在空間頻率、朝向和對比度信息下的整合特性。結(jié)果表明：當(dāng)整合野內(nèi)視覺刺激參數(shù)和感受野的相同時，整合作用最強，隨著刺激參數(shù)差異的增

6、加，整合作用逐漸減弱。然后，以抑制指數(shù)作為衡量整合野整合程度的指標，對比了Spike觸發(fā)的伽馬LFP瞬時能量與單純采用Spike發(fā)放率和單純采用伽馬LFP功率的結(jié)果。結(jié)果表明：利用本文提取的響應(yīng)特征所得到的整合野整合作用更顯著，且響應(yīng)隨感受野內(nèi)外參數(shù)差值變化的規(guī)律性更明顯，從而證明了該響應(yīng)特征不僅能夠作為分析整合野整合特性的有效響應(yīng)特征，并且比傳統(tǒng)的響應(yīng)特征在表征整合野整合特性上更有優(yōu)勢。
　?。?）利用Spike觸發(fā)的伽馬LFP

7、瞬時能量，分析了V1區(qū)神經(jīng)元整合野在空間頻率、朝向和對比度信息聯(lián)合變化下的整合特性。
　　首先，設(shè)計了包含空間頻率、朝向和對比度三個因素的正交實驗；然后，提取了神經(jīng)元在正交刺激模式下的Spike觸發(fā)的伽馬LFP瞬時能量，采用直觀分析法和方差分析法，分析了V1區(qū)神經(jīng)元整合野在空間頻率、朝向和對比度三種視覺信息聯(lián)合變化下的整合特性。結(jié)果表明：在空間頻率、朝向和對比度三種視覺信息同時發(fā)生變化的情況下，神經(jīng)元的整合野表現(xiàn)出了不同程度的整合