視覺是人類和高等動物認識客觀世界的主要方式之一。視覺系統(tǒng)如何有效地編碼豐富多彩的視覺場景一直是神經科學家研究關注的問題之一。視網(wǎng)膜是視覺神經信息處理的第一環(huán)節(jié)。神經節(jié)細胞是視網(wǎng)膜唯一的輸出神經元,在不同視覺刺激條件下會表現(xiàn)不同的放電活動模式。研究表明神經節(jié)細胞可以利用多種編碼方式,如頻率編碼、時間結構編碼以及協(xié)同編碼等,來有效地編碼外界刺激。那么,視網(wǎng)膜神經節(jié)細胞的編碼方式與視覺刺激模式以及神經網(wǎng)絡結構間存在怎樣的聯(lián)系?本研究以視網(wǎng)膜電生理實驗為基礎,利用平面微電極記錄系統(tǒng),結合藥理學、信息論和計算模型等方法,考察了牛蛙視網(wǎng)膜神經節(jié)細胞的編碼方式,并探討了其可能的生理機制和意義。持續(xù)時間是視覺刺激的重要特征之一。本論文的第一部分以牛蛙邊界檢測器細胞(changing contrast detector,瞬時ON-OFF型神經節(jié)細胞)作為研究對象,考察了神經節(jié)細胞給光反應和撤光反應對刺激持續(xù)時間信息的編碼方式。實驗結果表明,雖然單個神經元放電反應特征(反應延時和放電頻率)和神經元群體活動特征(相關性放電強度)都會隨著刺激持續(xù)時間的變化而改變,但是80%以上的刺激信息是由單個神經元的活動所...

【文章頁數(shù)】：107 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號說明
第一章 引言
    1.1 視覺通路及視網(wǎng)膜解剖結構
    1.2 牛蛙視網(wǎng)膜神經節(jié)細胞的分類
    1.3 視網(wǎng)膜給光通路和撤光通路
    1.4 視網(wǎng)膜神經節(jié)細胞的協(xié)同放電
    1.5 視網(wǎng)膜中多巴胺的功能
    1.6 視網(wǎng)膜神經元的適應現(xiàn)象
    1.7 神經元的編碼策略
    1.8 本論文研究的問題
第二章 材料與方法
    2.1 多電極記錄系統(tǒng)
        2.1.1 視覺刺激系統(tǒng)以及刺激模式
        2.1.2 灌流系統(tǒng)
        2.1.3 平面微電極陣列
        2.1.4 信號記錄系統(tǒng)
        2.1.5 屏蔽系統(tǒng)
    2.2 基本實驗程序
        2.2.1 標本制備
        2.2.2 信號采集及動作電位的檢測
    2.3 刺激前后時間直方圖
    2.4 神經元放電序列的互相關分析
    2.5 神經元協(xié)同活動的計算模型
    2.6 信息編碼的計算
        2.6.1 互信息的計算
        2.6.2 基于協(xié)同理論的信息量計算
        2.6.3 基于不匹配模型的信息量計算
        2.6.4 單個神經元放電活動編碼的信息量
    2.7 基于線性支持向量機的分類
    2.8 基于接受者操作特征曲線的分類
第三章 結果
    3.1 神經元在不同刺激持續(xù)時間下的反應特征
        3.1.1 單個神經元的反應特征
        3.1.2 神經元協(xié)同活動特征
    3.2 神經節(jié)細胞對不同刺激持續(xù)時間信息的編碼
        3.2.1 神經節(jié)細胞攜帶的總信息量
        3.2.2 神經節(jié)細胞放電頻率和相關性強度攜帶的信息量
        3.2.3 單個神經節(jié)細胞放電活動攜帶的信息量
    3.3 多巴胺對神經節(jié)細胞信息編碼的調控
        3.3.1 多巴胺對神經元放電活動的調控
        3.3.2 多巴胺對神經元信息編碼的調控
    3.4 亮度適應過程中神經節(jié)細胞的放電活動
        3.4.1 神經節(jié)細胞亮度適應現(xiàn)象
        3.4.2 亮度適應中協(xié)同活動的變化
    3.5 神經節(jié)細胞同步化活動的計算模型
        3.5.1 輸入電流和突觸連接對神經元相關強度的影響
        3.5.2 電突觸短時程增強模型
    3.6 亮度適應過程中同步化活動的功能
        3.6.1 神經節(jié)細胞協(xié)同活動攜帶視覺刺激的信息量
        3.6.2 基于神經節(jié)細胞群體活動的刺激甄別
第四章 討論
    4.1 神經節(jié)細胞反應活動隨刺激持續(xù)時間變化的機制
    4.2 視網(wǎng)膜給光通路和撤光通路的不對稱性
    4.3 多巴胺對信息編碼的調控
    4.4 神經節(jié)細胞的適應現(xiàn)象以及信息編碼
    4.5 亮度適應中同步化活動變化可能的生理機制和意義
總結和展望
參考文 獻
攻讀博士學位期間已發(fā)表和已完成的論文
致謝



本文編號：3969268