本文關鍵詞：大鼠皮層下視通路條件性恐懼視覺信息處理機制研究

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【摘要】：視覺系統(tǒng)是動物認知外部信息最重要的感覺系統(tǒng),大腦中存在皮層和皮層下兩條視通路,皮層視通路主要負責對外界視覺刺激的精細加工和智能識別;皮層下視通路屬于大腦早期進化的邊緣結構,是包括上丘(Superior Colliculus,SC)→丘腦枕(Pulvinar,Pulv)→杏仁核(Amygdala,AMG)的一條視覺通路。皮層下視通路與情緒視覺信息的處理密切相關,尤其對恐懼視覺信息能夠進行快速加工和傳遞,具有預警作用�？謶忠曈X信息刺激是激活皮層下視通路進行視覺信息快速傳遞的一種重要方式,包括自然賦予的先天性恐懼視覺信息,在社會活動中長期積累的情感面孔信息,以及動物通過后天習得的條件性恐懼視覺信息。其中,通過后天習得的條件性恐懼視覺的信息處理機制與應激性障礙的信息處理機制具有相似性。目前皮層下視通路條件性恐懼視覺信息處理機制的研究處于起步階段,皮層下視通路的神經(jīng)環(huán)路結構連接和投射關系還未明確;皮層下視通路本身對條件性恐懼視覺信息的響應特性,以及恐懼視覺信息激活皮層下視通路的“觸發(fā)”條件還沒有清楚解析;在條件性恐懼視覺認知過程中兩條視通路之間的交互和影響作用尚不清楚。因此,皮層下視通路條件性恐懼視覺的信息處理機制研究是神經(jīng)科學、心理學和智能科學領域的新興課題,具有很高的理論研究意義和實際應用價值�；谏鲜鲈�,本文以Long Evans大鼠做為模式動物,用嗜神經(jīng)病毒標記大鼠皮層下視通路的神經(jīng)環(huán)路;建立基于圖形認知的大鼠條件性恐懼聯(lián)結訓練實驗范式;通過分析條件性恐懼視覺形成前后皮層下視通路神經(jīng)元的響應特性,確定Pulv在皮層下視通路中對恐懼視覺信息的觸發(fā)傳遞作用;通過分析視覺圖像的恐懼聯(lián)結水平對神經(jīng)元集群功能連接的影響,解析皮層下視通路對恐懼視覺信息傳遞機制;在無意識和有意識兩種認知水平下,研究兩條視通路多腦區(qū)間的恐懼視覺信息傳遞和交互作用。本文完成的主要工作和創(chuàng)新點如下:(1)建立了大鼠基于圖形認知的條件性恐懼視覺聯(lián)結訓練實驗范式。設計開發(fā)了大鼠條件性恐懼視覺聯(lián)結自動訓練系統(tǒng);采用行為學方法量化了大鼠恐懼視覺聯(lián)結形成的標準;設計9種“單圖”恐懼視覺聯(lián)結訓練實驗模式,分組進行訓練,統(tǒng)計分析了各種訓練模式中條件刺激時長和非條件刺激時長兩個因素對恐懼視覺聯(lián)結訓練效果的影響,進而優(yōu)化了實驗模式;并采用“雙圖”恐懼視覺訓練模式驗證本文恐懼視覺訓練實驗范式的有效性。(2)標記了大鼠皮層下視通路神經(jīng)環(huán)路投射,實現(xiàn)回路中關鍵神經(jīng)核團神經(jīng)元集群響應信號采集。采用嗜神經(jīng)病毒追蹤技術實現(xiàn)LE大鼠皮層下視通路的神經(jīng)環(huán)路結構標記;確定了皮層視通路和皮層下視通路的電生理實驗采集位點;實現(xiàn)了特定腦區(qū)的急性和慢性神經(jīng)元集群響應信號的采集,完成了微電極陣列植入定位的組織學驗證。(3)發(fā)現(xiàn)在條件性恐懼視覺形成前后,丘腦枕后外側(LP)神經(jīng)元集群對“恐懼”視覺信息響應的峰值時間延遲縮減變化量,與上丘(SC)相比顯著增加,從響應時間特性上解析了皮層下視通路快速信息傳遞的神經(jīng)機理;并從神經(jīng)元集群的響應幅值特性上,揭示了丘腦枕在皮層下視通路中對“恐懼”視覺信息的傳遞起到了“門控”作用。(4)發(fā)現(xiàn)隨著恐懼水平增強,皮層下視通路對于恐懼視覺信息的傳遞效率也在提高。依據(jù)大鼠條件性恐懼聯(lián)結訓練過程中的主動逃避率,將恐懼視覺訓練分成訓練前、訓練中和訓練后三個階段,分別表征大鼠感知視覺刺激圖形的三個恐懼水平。通過對比分析視覺刺激的不同恐懼水平下大鼠皮層下視通路SC和LP核團神經(jīng)元集群功能連接的動態(tài)變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)隨著恐懼水平增強,SC和LP神經(jīng)元集群網(wǎng)絡的功能連接特性——連接強度和聚類系數(shù)均顯著增加,平均路徑長度顯著減小。(5)研究了在有意識和無意識兩種不同認知水平下,兩條視通路多腦區(qū)間的恐懼視覺信息傳遞和交互作用,發(fā)現(xiàn)皮層下視通路在無意識恐懼信息認知條件下起關鍵作用。采用格蘭杰因果分析方法建立皮層視通路V1區(qū)、皮層下視通路SC和LP多腦區(qū)之間的有向功能連接。該有向功能連接圖表明:恐懼視覺信息依靠兩條視通路協(xié)同作用實現(xiàn)傳遞,隨著認知意識水平的減弱,皮層下視通路SC→LP的連接強度顯著增強,皮層視通路V1區(qū)對皮層下視通路SC和LP的反饋作用逐漸減弱。由此說明在無意識恐懼視覺認知過程中,皮層下視通路對恐懼視覺信息傳遞起到了主要作用。
【關鍵詞】：皮層下視通路 條件性恐懼 視覺信息處理機制 神經(jīng)元集群 神經(jīng)元響應特性 功能連接
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R749.72;TP391.41
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-18
• 符號說明18-20
• 1 緒論20-34
• 1.1 研究背景及意義20-22
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀22-31
• 1.2.1 皮層下視通路神經(jīng)回路基礎的研究現(xiàn)狀22-26
• 1.2.2 皮層下視通路關鍵神經(jīng)核團的視覺信息表征研究現(xiàn)狀26-28
• 1.2.3 恐懼視覺信息處理的腦網(wǎng)絡功能連接研究現(xiàn)狀28-31
• 1.3 本文的主要工作和組織結構31-34
• 2 大鼠皮層下視通路神經(jīng)信號采集34-49
• 2.1 利用嗜神經(jīng)病毒追蹤技術標記LE大鼠皮層下視神經(jīng)環(huán)路34-36
• 2.1.1 實驗動物34
• 2.1.2 構建LE大鼠嗜神經(jīng)病毒追蹤模型34-35
• 2.1.3 組織制備和免疫組化35-36
• 2.1.4 顯微鏡拍照與組織學結構分析36
• 2.2 LE大鼠皮層下視通路神經(jīng)核團精確定位36-38
• 2.3 大鼠皮層下視通路神經(jīng)信號采集38-48
• 2.3.1 實驗平臺設計39-40
• 2.3.2 微電極陣列選型40
• 2.3.3 微電極陣列植入手術40-43
• 2.3.4 神經(jīng)信號的采集與預處理43-47
• 2.3.5 皮層下視通路神經(jīng)核團植入位置的組織學驗證47-48
• 2.4 本章小結48-49
• 3 大鼠條件性恐懼視覺聯(lián)結訓練49-67
• 3.1 大鼠條件性恐懼視覺訓練系統(tǒng)開發(fā)49-53
• 3.1.1 大鼠條件性恐懼視覺訓練系統(tǒng)總體設計和參數(shù)要求49-52
• 3.1.2 訓練系統(tǒng)的硬件設計52
• 3.1.3 訓練系統(tǒng)的軟件設計52-53
• 3.2 大鼠條件性恐懼視覺聯(lián)結訓練方案和評價標準53-57
• 3.2.1 條件性恐懼視覺訓練方案53-54
• 3.2.2 條件性恐懼視覺聯(lián)結評價標準54
• 3.2.3 恐懼視覺聯(lián)結訓練模式和實驗流程54-57
• 3.3 條件性恐懼視覺訓練實驗范式建立57-64
• 3.3.1 不同訓練時間在大鼠恐懼視覺聯(lián)結中的行為學變化58-60
• 3.3.2 不同訓練模式對大鼠恐懼視覺聯(lián)結中的行為學影響60-62
• 3.3.3 不同條件刺激時長對大鼠恐懼視覺聯(lián)結的影響62
• 3.3.4 不同非條件刺激時長對大鼠恐懼視覺聯(lián)結的影響62-63
• 3.3.5 條件刺激和非條件刺激時長交互效應對大鼠恐懼視覺聯(lián)結的影響63-64
• 3.4 “雙圖”視覺認知訓練效果驗證64-66
• 3.5 本章小結66-67
• 4 大鼠皮層下視通路神經(jīng)元響應特性分析67-105
• 4.1 麻醉狀態(tài)預測模型構建67-78
• 4.1.1 實驗動物和方法68
• 4.1.2 基于LFP信號麻醉狀態(tài)預測模型構建68-76
• 4.1.3 SVM模型的麻醉狀態(tài)預測效果分析76
• 4.1.4 麻醉深度對于視覺刺激實驗的影響76-78
• 4.2 皮層下視通路SC和皮層視通路V1神經(jīng)元特性分析78-90
• 4.2.1 實驗動物和方法78
• 4.2.2 神經(jīng)元時空RF特性分析78-81
• 4.2.3 朝向選擇性81-83
• 4.2.4 空間頻率SF調諧特性83-85
• 4.2.5 時間頻率TF調諧特性85-86
• 4.2.6 對比度響應86-88
• 4.2.7 反應潛伏期88-90
• 4.3 清醒大鼠恐懼視覺形成前后皮層下視通路神經(jīng)元響應特性90-103
• 4.3.1 實驗動物和視覺響應測試91-92
• 4.3.2 神經(jīng)元響應分析方法92-94
• 4.3.3 實驗結果94-103
• 4.4 本章小結103-105
• 5 皮層下視通路SC和LP的神經(jīng)元集群動態(tài)功能連接105-120
• 5.1 實驗設計和數(shù)據(jù)采集105-106
• 5.2 神經(jīng)元集群功能連接106-110
• 5.2.1 神經(jīng)元集群網(wǎng)絡節(jié)點間的功能連接強度106-107
• 5.2.2 神經(jīng)元集群網(wǎng)絡功能連接107-109
• 5.2.3 提取神經(jīng)元集群網(wǎng)絡的特征109-110
• 5.3 LP核團神經(jīng)元集群功能連接特征動態(tài)變化110-115
• 5.3.1 不同視覺刺激下LP神經(jīng)元集群的GPLV差異性111-113
• 5.3.2 “恐懼”視覺刺激水平對LP集群網(wǎng)絡特征的影響113-115
• 5.4 SC神經(jīng)元集群功能連接特性動態(tài)變化115-118
• 5.4.1 不同視覺刺激下SC神經(jīng)元集群GPLV的變化規(guī)律115-117
• 5.4.2 “恐懼”視覺刺激水平對SC集群網(wǎng)絡特征的影響117-118
• 5.5 本章小結118-120
• 6 恐懼視覺信息在兩條視通路多腦區(qū)間的功能連接與交互120-135
• 6.1 恐懼視覺信息認知實驗設計和數(shù)據(jù)采集120-123
• 6.2 腦區(qū)間的交互作用分析123-127
• 6.3 實驗結果分析127-133
• 6.3.1 皮層下視通路SC→LP的單向功能連接127-129
• 6.3.2 皮層視通路V1區(qū)和皮層下視通路SC神經(jīng)核團的交互作用129-131
• 6.3.3 皮層視通路V1區(qū)對皮層下視通路LP的單向作用131-133
• 6.4 本章小結133-135
• 7 總結與展望135-139
• 7.1 總結135-137
• 7.2 未來工作展望137-139
• 參考文獻139-149
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果149-151
• 個人簡歷149
• 發(fā)表學術論文149-150
• 主持或參與的科研項目150-151
• 致謝151-152

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本文編號：1067992