牛蛙神經(jīng)節(jié)細(xì)胞活動的時(shí)空模式及編碼特性.pdf

1、視覺信號的初級處理發(fā)生在視網(wǎng)膜，視覺信號在視網(wǎng)膜光感受器細(xì)胞上形成輸入，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，?jīng)視網(wǎng)膜神經(jīng)元回路傳遞至輸出神經(jīng)元一神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，形成動作電位，然后通過視神經(jīng)進(jìn)一步向視中樞傳遞。視網(wǎng)膜在信息處理過程中受到視覺神經(jīng)通路的解剖結(jié)構(gòu)，神經(jīng)回路中的各種噪聲，以及神經(jīng)代謝能量消耗等諸多因素的制約，那么視網(wǎng)膜如何在這些限制下有效的對視覺信息進(jìn)行編碼呢？本論文工作利用多電極記錄系統(tǒng)，結(jié)合特定光刺激對牛蛙視網(wǎng)膜輸出神經(jīng)元一神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的放電活動

2、進(jìn)行記錄和研究從而探討視網(wǎng)膜的高效信息編碼的過程和機(jī)制。
　　 本論文第一部分主要研究在周期性撤光刺激下，牛蛙視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞中的一種細(xì)胞亞型一暗刺激檢測器(dimming detectors)細(xì)胞間協(xié)同放電活動的模式以及視網(wǎng)膜的主要抑制性通路-GABA能通路對暗刺激檢測器細(xì)胞間協(xié)同放電活動的影響。第二部分利用基于子序列分布差異度量(measurement of sub-sequence distribution discrep

3、ancy,MSDD)的多維數(shù)據(jù)處理方法來分析在特定視覺刺激模式下牛蛙視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞群體的時(shí)空活動模式。
　　 主要結(jié)果包括：(1)根據(jù)互相關(guān)函數(shù)峰寬的不同，牛蛙視網(wǎng)膜暗刺激檢測器細(xì)胞之間主要存在兩種不同模式的協(xié)同放電活動：一種峰寬小于1 ms，表示兩個(gè)細(xì)胞之間具有嚴(yán)格意義上的同步化放電活動(synchronization)，主要形成于鄰近的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞之間，可能是由兩個(gè)神經(jīng)節(jié)細(xì)胞之間的電突觸連接所介導(dǎo)的；另一種峰寬在10-100

4、 ms之間不等，表示兩個(gè)細(xì)胞之間的放電活動具有相關(guān)性(correlation)，主要形成于相距較遠(yuǎn)距離的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞之間，可能是由于神經(jīng)節(jié)細(xì)胞對接受相同的前級輸入而形成。當(dāng)使用 GABAA受體的拮抗劑荷包牡丹堿(bicuculline，BIC)對視網(wǎng)膜進(jìn)行灌流時(shí)，牛蛙暗刺激檢測器細(xì)胞在全域撤光刺激下的放電頻率有明顯增強(qiáng)。BIC對不同類型協(xié)同放電活動的強(qiáng)度具有不同的調(diào)節(jié)作用，其主要增強(qiáng)同步化放電活動的強(qiáng)度，但同時(shí)主要減弱相關(guān)性活動的強(qiáng)度。(

5、2)利用MSDD方法分析神經(jīng)元群體在3種特定視覺刺激模式（靜態(tài)棋盤格、垂直光條和水平光條）下的神經(jīng)元群體反應(yīng)模式。結(jié)果表明，牛蛙視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞群體在不同刺激模式下具有不同的反應(yīng)模式，隨著刺激周期的進(jìn)行，單個(gè)神經(jīng)元對光反應(yīng)出現(xiàn)適應(yīng)，但神經(jīng)元群體在不同刺激模式下的反應(yīng)模式保持穩(wěn)定的差別，因此可以根據(jù)神經(jīng)元群體反應(yīng)模式判斷神經(jīng)元群體接受何種刺激。
　　 從這些結(jié)果可以看出，牛蛙視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞隨著細(xì)胞間距離的不同趨向于產(chǎn)生不同類型的

6、協(xié)同放電活動，相距較近的細(xì)胞之間通常容易形成同步化放電活動，而在相距較遠(yuǎn)的細(xì)胞間通常容易形成相關(guān)性放電活動。GABAA受體介導(dǎo)的抑制性輸入對這兩種不同的協(xié)同放電活動具有不同的調(diào)節(jié)作用，它的激活主要減弱細(xì)胞間同步化放電活動的強(qiáng)度，但同時(shí)主要增強(qiáng)細(xì)胞間相關(guān)性放電活動的強(qiáng)度。推測GABAA受體介導(dǎo)的抑制性輸入一方面通過減弱細(xì)胞間同步化放電活動，防止神經(jīng)元在信息傳遞過程中出現(xiàn)飽和，另一方面可以在保留相關(guān)性信號的同時(shí)抑制非相關(guān)性的信號，從而提高信