牛蛙视网膜神经节细胞对重复刺激适应过程中的群体活动变化

摘要

在视觉神经通路中，视网膜接受外界光刺激并对其进行初步处理。光刺激由光感受器细胞接收，并转换成神经电信号在视网膜神经元网络中传递，最终由视网膜的输出单位神经节细胞形成动作电位，通过视神经进一步向视觉中枢传递。由于视觉神经通路的生理结构，神经代谢能量消耗等因素的制约，视网膜对丰富的外界视觉信息的处理需要以高效节省的编码方式来进行。在对视觉信息传递和编码的过程中，神经元会根据刺激信息的某些性质，如亮度和对比度等，对自身放电活动进行调整，即表现出对外界光照环境的“适应”。同时，视网膜上邻近的相同类型的神经节细胞动作电位发放具有相关性，这种协同放电活动也会参与对视觉信息的编码。本论文工作对多电极记录系统采集到的牛蛙视网膜神经节细胞神经电活动进行分析，考察了在重复施加的给光-撤光全域光刺激下视网膜神经节细胞表现出的适应现象，以及在此种对重复刺激的适应过程中神经节细胞群体放电活动的动态变化和给光撤光反应的不同表现。
　　主要内容包括：（1）在周期性给光撤光刺激下，神经节细胞放电活动会发生对重复刺激的适应现象，动作电位发放频率会随刺激周期性重复而逐渐降低。（2）成对神经节细胞之间的相关活动强度在适应过程中显著降低，且与适应程度表现出一定的相关关系。（3）通过一种信息压缩算法对神经节细胞进行群体划分，得到神经节细胞同步放电群组，发现在适应过程中神经节细胞的群体放电模式呈现出一种弱化趋势。（4）通过对适应过程中神经节细胞的给光和撤光反应对比分析，发现撤光反应在适应中占主导成分，而且相关活动在撤光反应部分的减弱也更为明显。
　　从这些结果可以看出：视网膜神经节细胞在面对重复给予的周期性刺激时也表现出了一种与亮度、对比度适应相类似的适应现象；而且在这种对重复刺激的适应过程中神经节细胞之间的协同放电活动趋于弱化，表明视网膜中的侧向神经网络连接在这一过程中亦会受到调控，体现了群体神经活动的适应过程和视觉系统动态高效的信息处理方式；而由给光撤光反应的表现差异，可以推断该适应过程的发生机制可能更主要存在于双极细胞及其与前后级细胞的突触连接中，且反应较强的撤光通路中表现出更强的适应性，可能起到了调节细胞反应敏感度、避免神经信号发生饱和的作用。

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第一章 引言

1.1 视网膜和视觉神经通路

1.2 神经元活动的适应性

1.3 神经元的群体活动

第二章 材料与方法

2.1 多电极记录系统

2.1.1 光刺激系统

2.1.2 多电极阵列

2.1.3 灌流系统

2.1.4 信号记录系统

2.1.5 屏蔽系统

2.2 基本实验程序

2.2.1 标本制备

2.2.2 信号的采集和处理

2.2.3 光刺激模式

2.3 数据处理

2.3.1 适应指数

2.3.2 互相关函数

2.3.3 相关强度的计算

2.3.4 神经元同步放电群体的划分

第三章结果

3.1 牛蛙视网膜神经节细胞

3.2 牛蛙视网膜神经节细胞对重复刺激的适应现象

3.3 对重复刺激的适应过程中的神经元群体活动

3.3.1 成对细胞之间的相关放电

3.3.2 两种不同类型的协同放电在对重复刺激的适应中的表现

3.3.3 神经元的同步放电群体

3.4 对重复刺激的适应现象在给光撤光反应中的不同表现

第四章 讨论

4.1 相关强度的计算

4.2 对重复刺激的适应过程中的群体活动

4.3 给光-撤光通路中对重复刺激的适应性差异

4.4 总结

参考文献