初级视皮层抑制环路对神经元反应信噪比的调节作用

摘要

在神经系统中，神经元之间主要有兴奋性连接和抑制性连接两种方式，单个神经元一般既具有兴奋性输入又有抑制性输入，而且正常生理状态下，兴奋和抑制性输入在一定范围内维持着动态平衡。在神经环路水平上，兴奋和抑制的相对平衡对于神经系统完成感知，运动，认知，学习及记忆等许多功能有重要作用。之前的研究一般集中在对神经元兴奋性连接的研究，而最近的许多研究表明，抑制性环路水平对发育和成熟后的神经连接可塑性水平以及神经网络的活动强度有重要的调节作用。癫痫，帕金森症等诸多脑疾病以及正常衰老的研究都发现神经功能的衰退或紊乱与抑制系统活动异常有密切关系。
　　 在感知觉研究中，神经元反应信噪比被广泛用于衡量感觉神经元表征外界环境信息的保真度。尽管单个神经元的特性与神经元环路不完全一致，但是单个神经元的反应特性与行为学的表现在一定程度上是一致的，而且对衰老方面的研究表明，存在视知觉障碍的老年动物的皮层神经元信噪比与青年动物相比有明显下降。考虑到老年动物脑内抑制性环路水平有严重衰退，因此神经元反应信噪比与抑制环路水平可能存在某种形式的联系。
　　 多管微电泳局部给药技术普遍用于研究药物对局部环路的作用，但是由于电极的特殊性和药物的作用，所记录到的信号具有很大的噪音，现成的许多商业软件使用传统的锋电位分类方法，得到的结果并不理想。根据具体的噪音特点选择合适的分类算法确保实验结果的可信度相当重要。本文选择了适合实验数据的锋电位检测和分类算法，通过微电泳GABA及其受体拮抗剂Bicuculline详细研究了抑制环路系统与神经元反应信噪比的关系。
　　 本文的主要特色和主要内容是:
　　 1、通过胞外局部微电泳脑内主要抑制性神经递质GABA及其受体拮抗剂Bicuculline改变神经元的抑制水平，探究神经系统中神经元的抑制系统和神经元反应信噪比的关系。结果发现当施加GABA时，自发放幅度相对于诱发发放的有所降低，神经元的反应信噪比增加;当施加Bicuculline时，自发放幅度相对于诱发发放的有所增高，神经元的反应信噪比降低。
　　 2、选择基于数学形态学与核主分量相结合的峰电位信号的检测和分类方法对真实记录的电生理实验数据进行处理和分析。基于形态学的峰电位信号的分析技术是可以更加有效的处理电生理实验所采集到的存在大量噪声的数据。之前的分析研究使用的数据是模拟仿真的数据，本研究将该方法应用到电生理实验中所采集到的真实实验数据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 初级视皮层神经元抑制环路的概述

1．2．1 GABA受体简介

1．2．2 视皮层内抑制性神经环路的简述

1．2．3 对初级视皮层内抑制系统的调控机理

1．3 初级视皮层神经元的信噪比的概述

1．3．1 噪声

1．3．2 信噪比

1．4 本文研究的意义和主要内容

1．5 论文的章节安排

第2章 初级视皮层神经元峰电位信号的采集与分类方法

2．1 引言

2．2 神经元峰电位信号的采集方法和处理过程

2．2．1 神经元峰电位信号的采集方法

2．2．2 神经元峰电位信号的处理过程

2．3 神经元峰电位信号的检测方法

2．3．1 阈值分析法

2．3．2 双向阈值检测法

2．3．3 对神经元峰电位信号的检测

2．4 神经元峰电位信号的特征提取方法

2．4．1 小波变换法

2．4．2 核主分量分析法(KPCA)

2．4．3 对神经元峰电位信号的特征提取

2．5 神经元峰电位信号的聚类分析方法

2．5．1 最大最小距离聚类分析法

2．5．2 层次聚类分析法

2．5．3 对神经元峰电位信号的聚类分析

2．6 本章小结

第3章 实验——初级视皮层神经元抑制环路对神经元反应信噪比的调节作用

3．1 引言

3．2 试验材料和方法

3．2．1 实验动物准备

3．2．2 视觉刺激图形

3．2．3 微电泳施加GABA及Bicuculline

3．2．4 数据采集和存储

3．3 神经元峰电位信号的检测与处理过程

3．4 数据分析方法

3．4．1 平均信噪比mSNR

3．4．2 信噪比SNR1的计算

3．4．3 传统细胞的信噪比SNR的计算

3．5 结果和讨论

第4章 总结和展望

参考文献

附录

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果