【摘要】：大腦在外界感知刺激輸入到抉擇行為輸出過程中的神經(jīng)編碼機(jī)制一直是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究問題。鴿子具有較好的反應(yīng)與抉擇能力,是動物大腦神經(jīng)編碼機(jī)制研究的理想模型。已有研究發(fā)現(xiàn),鴿子的NCL區(qū)能夠整合上游感知信息輸入與下游的抉擇信息輸出,在感知-運(yùn)動耦合中發(fā)揮重要作用,但其所依賴的神經(jīng)信息編碼機(jī)制以及神經(jīng)編碼活動之間的時序關(guān)系還尚不明確。因此,本文以鴿子作為研究對象,設(shè)計(jì)了基于視覺線索的條件化抉擇行為實(shí)驗(yàn)范式,通過檢測實(shí)驗(yàn)過程中鴿子NCL區(qū)的多通道LFP神經(jīng)信號,并對不同實(shí)驗(yàn)階段中的LFP神經(jīng)信號能量進(jìn)行差異分析,探究鴿子NCL區(qū)在外界刺激輸入到抉擇行為輸出過程中的神經(jīng)信息編碼機(jī)制。本研究結(jié)果有利于進(jìn)一步揭示大腦的信息處理機(jī)制,對于人工智能領(lǐng)域建立類腦計(jì)算模型,具有積極的啟發(fā)意義。本文完成的主要研究工作有:(1)設(shè)計(jì)了基于視覺線索的條件化抉擇行為實(shí)驗(yàn)范式,根據(jù)鴿子在實(shí)驗(yàn)過程中的學(xué)習(xí)情況將實(shí)驗(yàn)劃分為不同的階段(誘導(dǎo)期、習(xí)得期、消退期),并同步記錄鴿子在實(shí)驗(yàn)過程中的行為學(xué)數(shù)據(jù)與多通道LFP神經(jīng)信號數(shù)據(jù)。對實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)預(yù)處理操作,提高分析的可靠性。(2)確定了與條件化抉擇行為實(shí)驗(yàn)相關(guān)的響應(yīng)時間窗與響應(yīng)頻帶。通過對5只鴿子實(shí)驗(yàn)過程中的行為學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,確定了燈光刺激出現(xiàn)后的0.5~1s為與任務(wù)相關(guān)的響應(yīng)時間窗。對LFP神經(jīng)信號進(jìn)行連續(xù)小波變換,并對比任務(wù)狀態(tài)與基線狀態(tài)信號能量間的差異,確定了30~60Hz頻帶為與任務(wù)相關(guān)的響應(yīng)頻帶。(3)通過對不同實(shí)驗(yàn)階段的LFP神經(jīng)信號能量曲線進(jìn)行差異分析,探討了鴿子NCL區(qū)在條件化抉擇行為過程中的神經(jīng)信息編碼機(jī)制。結(jié)果表明:鴿子能夠在通過學(xué)習(xí)對燈光刺激所具有的含義進(jìn)行編碼;NCL區(qū)不僅能夠?qū)艄獯碳づc啄鍵意圖進(jìn)行編碼,而且在學(xué)習(xí)過程中兩者之間存在精細(xì)的時序關(guān)系;并且燈光刺激編碼與啄鍵意圖編碼之間存在一定的時程相倚性,能夠通過學(xué)習(xí)訓(xùn)練產(chǎn)生,也能夠在燈光刺激不再對自身產(chǎn)生有意義的影響后消失。
【圖文】：

圖 1.1 工作記憶任務(wù)時 NCL 區(qū)的持續(xù)激活狀態(tài)2014 年，Veit 等人[21]，通過對烏鴉進(jìn)行延遲匹配任務(wù)，任務(wù)過程中當(dāng)刺激呈現(xiàn)后需要烏鴉記住所呈現(xiàn)的刺激圖片，經(jīng)過延時期后，再次出現(xiàn)多個圖片，烏鴉需要從多個圖片中選擇與先前呈現(xiàn)的刺激相同的圖片，如圖 1.2 所示。通過分析延時期的神經(jīng)信號，發(fā)現(xiàn) NCL 腦區(qū)的神經(jīng)元在刺激呈現(xiàn)期的持續(xù)性激活編碼了視覺刺激信息，并且這種持續(xù)性活動在刺激消失后并沒有馬上消失，而是繼續(xù)保持了一段時間，這個現(xiàn)象表明，NCL 區(qū)中神經(jīng)元的持續(xù)性活動能夠保存與刺激有關(guān)的信息，并且讓烏鴉能夠在后期的抉擇行為中完成正確的選擇，這種神經(jīng)編碼模式為大腦處理視覺刺激信息提供了基礎(chǔ)。

圖 1.1 工作記憶任務(wù)時 NCL 區(qū)的持續(xù)激活狀態(tài)2014 年，Veit 等人[21]，，通過對烏鴉進(jìn)行延遲匹配任務(wù)，任務(wù)過程中當(dāng)刺激呈現(xiàn)后需要烏鴉記住所呈現(xiàn)的刺激圖片，經(jīng)過延時期后，再次出現(xiàn)多個圖片，烏鴉需要從多個圖片中選擇與先前呈現(xiàn)的刺激相同的圖片，如圖 1.2 所示。通過分析延時期的神經(jīng)信號，發(fā)現(xiàn) NCL 腦區(qū)的神經(jīng)元在刺激呈現(xiàn)期的持續(xù)性激活編碼了視覺刺激信息，并且這種持續(xù)性活動在刺激消失后并沒有馬上消失，而是繼續(xù)保持了一段時間，這個現(xiàn)象表明，NCL 區(qū)中神經(jīng)元的持續(xù)性活動能夠保存與刺激有關(guān)的信息，并且讓烏鴉能夠在后期的抉擇行為中完成正確的選擇，這種神經(jīng)編碼模式為大腦處理視覺刺激信息提供了基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN911.7;Q811

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本文編號：2660510