視覺是人類和高等動物認(rèn)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(jīng)科學(xué)家研究關(guān)注的問題之一。視網(wǎng)膜是視覺神經(jīng)信息處理的第一環(huán)節(jié)。神經(jīng)節(jié)細(xì)胞是視網(wǎng)膜唯一的輸出神經(jīng)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(jīng)節(jié)細(xì)胞可以利用多種編碼方式,如頻率編碼、時(shí)間結(jié)構(gòu)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(jīng)節(jié)細(xì)胞的編碼方式與視覺刺激模式以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)間存在怎樣的聯(lián)系?本研究以視網(wǎng)膜電生理實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),利用平面微電極記錄系統(tǒng),結(jié)合藥理學(xué)、信息論和計(jì)算模型等方法,考察了牛蛙視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的編碼方式,并探討了其可能的生理機(jī)制和意義。持續(xù)時(shí)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(xì)胞(changing contrast detector,瞬時(shí)ON-OFF型神經(jīng)節(jié)細(xì)胞)作為研究對象,考察了神經(jīng)節(jié)細(xì)胞給光反應(yīng)和撤光反應(yīng)對刺激持續(xù)時(shí)間信息的編碼方式。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,雖然單個(gè)神經(jīng)元放電反應(yīng)特征(反應(yīng)延時(shí)和放電頻率)和神經(jīng)元群體活動特征(相關(guān)性放電強(qiáng)度)都會隨著刺激持續(xù)時(shí)間的變化而改變,但是80%以上的刺激信息是由單個(gè)神經(jīng)元的活動所...

【文章頁數(shù)】：107 頁

【學(xué)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(jié)構(gòu)
    1.2 牛蛙視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)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(jīng)節(jié)細(xì)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(jīng)元的適應(yīng)現(xiàn)象
    1.7 神經(jīng)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(shí)驗(yàn)程序
        2.2.1 標(biāo)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(shí)間直方圖
    2.4 神經(jīng)元放電序列的互相關(guān)分析
    2.5 神經(jīng)元協(xié)同活動的計(jì)算模型
    2.6 信息編碼的計(jì)算
        2.6.1 互信息的計(jì)算
        2.6.2 基于協(xié)同理論的信息量計(jì)算
        2.6.3 基于不匹配模型的信息量計(jì)算
        2.6.4 單個(gè)神經(jīng)元放電活動編碼的信息量
    2.7 基于線性支持向量機(jī)的分類
    2.8 基于接受者操作特征曲線的分類
第三章 結(jié)果
    3.1 神經(jīng)元在不同刺激持續(xù)時(shí)間下的反應(yīng)特征
        3.1.1 單個(gè)神經(jīng)元的反應(yīng)特征
        3.1.2 神經(jīng)元協(xié)同活動特征
    3.2 神經(jīng)節(jié)細(xì)胞對不同刺激持續(xù)時(shí)間信息的編碼
        3.2.1 神經(jīng)節(jié)細(xì)胞攜帶的總信息量
        3.2.2 神經(jīng)節(jié)細(xì)胞放電頻率和相關(guān)性強(qiáng)度攜帶的信息量
        3.2.3 單個(gè)神經(jīng)節(jié)細(xì)胞放電活動攜帶的信息量
    3.3 多巴胺對神經(jīng)節(jié)細(xì)胞信息編碼的調(diào)控
        3.3.1 多巴胺對神經(jīng)元放電活動的調(diào)控
        3.3.2 多巴胺對神經(jīng)元信息編碼的調(diào)控
    3.4 亮度適應(yīng)過程中神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的放電活動
        3.4.1 神經(jīng)節(jié)細(xì)胞亮度適應(yīng)現(xiàn)象
        3.4.2 亮度適應(yīng)中協(xié)同活動的變化
    3.5 神經(jīng)節(jié)細(xì)胞同步化活動的計(jì)算模型
        3.5.1 輸入電流和突觸連接對神經(jīng)元相關(guān)強(qiáng)度的影響
        3.5.2 電突觸短時(shí)程增強(qiáng)模型
    3.6 亮度適應(yīng)過程中同步化活動的功能
        3.6.1 神經(jīng)節(jié)細(xì)胞協(xié)同活動攜帶視覺刺激的信息量
        3.6.2 基于神經(jīng)節(jié)細(xì)胞群體活動的刺激甄別
第四章 討論
    4.1 神經(jīng)節(jié)細(xì)胞反應(yīng)活動隨刺激持續(xù)時(shí)間變化的機(jī)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(diào)控
    4.4 神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的適應(yīng)現(xiàn)象以及信息編碼
    4.5 亮度適應(yīng)中同步化活動變化可能的生理機(jī)制和意義
總結(jié)和展望
參考文 獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間已發(fā)表和已完成的論文
致謝



本文編號：3969268