多通道局部场电位及其θ分量相位同步振荡模式对刺激编码的研究

摘要

研究目的：神经电活动在不同时间和空间尺度上的振荡是大脑通讯的重要方式之一，对外界信息（刺激）的表达和传递编码了外界信息（刺激）。局部场电位（Local Field Potentials，LFPs）是在记录电极尖端附近局部区域的突触后电位信号的总和，是一类神经电活动的协同作用的表现。本论文研究在阳性和阴性刺激条件下实验动物相关认知皮层16通道LFPs相位同步性对刺激的编码。通过研究在两类刺激条件下16通道LFPs的相位同步模式，为研究多通道LFPs的相位同步振荡对刺激的编码提供神经计算支持。 研究方法： 1．实验数据：本论文所用的阳性和阴性刺激条件下实验动物相关认知皮层16通道原始记录数据由复旦大学神经生物研究所提供； 2．原始数据预处理：对记录到的16通道原始数据进行低通滤波（0．5～300Hz），得到的低通信号为16通道LFPs。再经过零均值处理和剔除漂移过大数据的预处理后，得到14通道LFPs； 3．14通道LFPs的瞬时相位提取：应用Hilbert变换提取14通道LFPs的瞬时相位； 4．14通道LFPs在不同频段的小波分量获取：应用小波变换将14通道LFPs分解为δ频段、θ频段、α频段、β频段、γ频段小波分量； 5．选取参考通道：选取平均放电频率最高的通道作为参考通道； 6．窗口大小及移动步长：窗口大小为50ms，移动步长为25ms； 7．14通道LFPs以及LFPs在不同频段小波分量的相位同步性对刺激的编码： 应用互相关函数法计算14通道LFPs以及LFPs在不同频段小波分量与参考通道之间相位的互相关函数值，以此函数值作为相位的相关值，进而得到14通道LFPs以及不同频段小波分量的相位同步模式。 研究结果：本论文研究了14通道LFPs以及LFPs在不同频段小波分量的相位同步模式对阳性刺激编码的表征，研究结果如下： 1．阳性刺激条件： ①刺激前后，14通道LFPs的相位同步模式有显著差别（P<0．05）。 LFPs相位相关平均值：刺激前：0．1974±0．0975，刺激后：0．4090±0．1660 ②刺激前后，14通道LFPs在θ频段小波分量相位同步模式有无显著差别（P<0．001），其他频段小波分量相位同步模式均无显著差别（P>0．05）。θ频段相位相关平均值：刺激前：0．2760±0．1913，刺激后：0．7454±0．3246 2．阴性刺激条件： ①刺激前后，14通道LFPs的相位同步模式无显著差别（P>0．05）。 LFPs相位相关平均值：刺激前：0．3528±0．0828，刺激后：0．3085±0．1540 ②刺激前后，14通道LFPs在不同频段小波分量相位同步模式均无显著差别（P>0．05）。 θ频段相位相关平均值：刺激前：0．4198±0．1573，刺激后：0．3783±0．1715 研究结论：本论文研究了在阳性和阴性刺激条件下实验动物相关认知皮层14通道LFPs以及LFPs在不同频段小波分量的相位同步模式及其对刺激的编码。研究结果表明：（1）14通道LFPs相位以及LFPs在不同频段小波分量相位的同步性在阴性刺激前后无显著差别；（2）14通道LFPs和θ频段小波分量的相位同步性在阳性刺激后比刺激前显著增高；（3）14通道LFPs在其他频段小波分量的相位同步性在阳性刺激前后均无显著差别。14通道LFPs相位的同步振荡，特别是LFPs在θ频段小波分量的相位同步振荡编码了阳性刺激。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 前言

1.1研究背景

1.2本论文研究领域的研究现状

1.3论文的研究目的和研究内容

1.4论文的创新点

第二章 原理与方法

2.1实验数据

2.2多通道微电极阵列实验数据的记录和预处理

2.3应用Hilbert变换获取多通道LFPs的瞬时相位序列

2.4多通道LFPs在各个生理频段的小波分量

2.5多通道LFPs及其各频段小波分量相位同步模式分析

第三章 结果

3.1多通道LFPs的预处理

3.2两类刺激前后14通道LFPs相位同步模式的变化

3.3两类刺激前后14通道LFPs不同频段小波分量相位同步模式的变化

第四章 结论与讨论

4.1结论

4.2讨论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

综述 神经系统同步振荡的研究方法

致谢