大鼠条件性恐惧视觉形成过程杏仁核集群编码研究

摘要

视觉是哺乳动物获取外界信息的主要途径，至少有80％以上的感知信息是通过视觉获得的，动物看到引起其恐惧或厌恶情绪的视觉目标时，会产生强烈的生理和心理应激反应，并伴随着逃避行为，它可以唤起视觉信息调节中枢，激发动物自我保护的本能。动物对外界视觉信息产生恐惧是通过先天遗传和后天习得两种方式获得的，先天的视觉恐惧是祖先通过遗传留给后代的，具有无意识的自我保护作用。然而动物在生存中面临各种各样潜在的威胁，大多数情况下动物需要在成长过程中不断地学习和积累生存经验，从而获得条件性恐惧视觉联结。杏仁核（AMG）位于颞叶内侧，属于早期进化的边缘结构，大量研究表明杏仁核在恐惧形成和表达中起到了关键作用。因此，开展杏仁核在条件性恐惧视觉形成过程中的编码研究，对于揭示大脑预警机制具有重要意义。
　　目前在杏仁核区神经元集群编码恐惧的信息研究中，尚不清楚杏仁核在条件性恐惧视觉形成过程中的锋电位（Spike）集群响应以及神经元局部场电位（LFP）信号的动态连接特性。因此，本文以清醒Long Evens大鼠为模式动物，利用巴普洛夫条件反射原理建立动物条件性恐惧视觉联结，通过动物行为学和电生理实验相结合的方法，应用多通道神经元集群放电记录技术，采集大鼠条件性恐惧视觉形成过程中杏仁核的神经元响应信号，分别采用Spike和LFP信号，研究大鼠条件性恐惧视觉形成过程中恐惧视觉信息的集群编码。本文的主要内容及成果如下：
　　（1）开发了条件性恐惧视觉训练系统。首先，采用VB设计开发了训练系统的PC机可视化软件，基于51单片机开发了系统的控制子系统，并采用USB通信协议实现两者之间的双向通信，从而实现自动化训练；其次，根据实验需求设计训练方案，并定义主动逃避率量化训练效果；最后，将开发的系统运用到实际训练中。
　　（2）研究了恐惧形成过程中杏仁核基于 Spike信号的恐惧信息编码特性。首先，设计了信号刺激的视觉刺激模式，对采集到的Spike信号进行了预处理；然后，提取大鼠恐惧视觉联结建立过程中三个阶段（训练前、训练中、训练后）的神经元集群发放率和集群熵特征，研究了恐惧视觉形成过程中杏仁核基于Spike信号的恐惧信息编码特性；最后，采用支持向量机（SVM）构建视觉信息分类模型实现视觉恐惧不同训练阶段的恐惧视觉信息编码验证。
　　（3）研究了恐惧视觉形成过程中杏仁核LFP信号θ频带神经元集群功能连接编码特性。首先，采用小波包变换，提取了大鼠杏仁核在恐惧视觉形成过程中的LFP信号θ频带（4-8Hz）；然后，采用相位延迟指数量化恐惧视觉训练过程的不同阶段杏仁核神经元集群功能连接强度，并提取功能连接的平均路径长度、平均聚类系数和平均连接强度三个特征，研究了恐惧形成过程中杏仁核LFP响应信号θ频带的恐惧信息编码特性；最后，采用SVM构建视觉信息分类模型实现视觉恐惧不同训练阶段的恐惧视觉信息编码验证。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及论文结构

2 大鼠条件性恐惧视觉训练系统设计及实现

2.1 系统方案总体设计

2.2 系统硬件设计

2.3 系统软件设计

2.4 条件性恐惧训练方案

2.5 系统测试

2.6 小结

3 大鼠杏仁核信号采集及预处理

3.1 微电极慢性植入手术

3.2 视觉刺激模式

3.3 多通道信号采集

3.4 信号的预处理

3.5 小结

4 基于Spike信号的神经元集群编码

4.1 神经元集群频率编码

4.2 神经元集群熵编码

4.3 支持向量机模型对编码效果验证

4.4 小结

5 LFP信号θ频带神经元集群编码

5.1 基于小波包变换的局部场电位θ频带提取

5.2 神经元集群功能连接编码

5.3 实验结果与分析

5.4 小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢