發(fā)布時間：2019-10-16 08:27

【摘要】：適應性是神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛存在的一種動態(tài)現(xiàn)象,它的典型表現(xiàn)為:隨著刺激的持續(xù)進行,神經(jīng)元會不斷地調整自身的放電頻率(主要表現(xiàn)為頻率的逐漸降低)。之前的研究指出,適應性在神經(jīng)元編碼外界刺激的過程中扮演著非常重要的作用,如:調節(jié)神經(jīng)元對輸入刺激的選擇性、降低信息編碼中的冗余度等。但關于適應性在神經(jīng)信息處理過程中的作用仍存在很多不清楚的地方,如:能否以及如何對神經(jīng)元不同放電模式的產(chǎn)生做貢獻?是否以及怎樣對神經(jīng)元網(wǎng)絡群體編碼方式做調節(jié)?適應性的產(chǎn)生機制有很多,主要分為內在機制(離子電流)和外在機制(突觸輸入)兩種。本論文的工作從內在機制入手,利用計算模型的方法,并結合之前報道的一些實驗結果,分別研究了適應性電流(即對適應性放電的產(chǎn)生起關鍵性作用的離子電流)對視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞內源性放電活動的產(chǎn)生以及對電突觸連接的神經(jīng)元網(wǎng)絡群體同步化活動的調控作用。論文的工作主要分為兩大部分。第一部分的工作主要是以單個視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞為考察對象。首先,提出改進的離子通道模型,研究了適應性電流在單個神經(jīng)節(jié)細胞內源性放電產(chǎn)生過程中的作用。然后,根據(jù)改進的模型并結合已報道的模型,比較了具有不同內在機制的神經(jīng)節(jié)細胞在編碼外界刺激時所展現(xiàn)出的不同的興奮性特征。第二部分的工作主要是利用圖論的方法,對神經(jīng)元群體之間電突觸網(wǎng)絡的連接情況進行分析,并構造了幾種典型的電突觸網(wǎng)絡,研究了具有不同程度適應性放電的神經(jīng)元所形成的網(wǎng)絡在群體活動方面的差異。主要結果包括:(1)模型驗證了視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞膜上存在的兩種離子電流:慢性失活的鈉離子電流和延遲整流的鉀離子電流,都參與了對神經(jīng)節(jié)細胞適應性放電活動的調節(jié)。此外,這兩種適應性電流的共同作用與神經(jīng)節(jié)細胞兩種內源性放電活動(tonic和phasic)的產(chǎn)生具有特定的相關性。(2)呈現(xiàn)不同內源性放電活動的三種神經(jīng)節(jié)細胞分別具有Hodgkin的三類興奮性特征。另外,對于周期性刺激,不同神經(jīng)節(jié)細胞會表現(xiàn)出有差異但互補的編碼方式。(3)神經(jīng)元群體之間的電突觸連接可以近似地用小世界網(wǎng)絡來描述。此外,適應性因素的存在會減弱網(wǎng)絡中成對神經(jīng)元之間的相關性,而對神經(jīng)元群體的同步化活動則表現(xiàn)出非單調的調節(jié)方式:弱的適應性會降低神經(jīng)元的群體同步化活動,而強的適應性會維持神經(jīng)元的群體同步化活動。進一步的結果顯示,適應性因素的存在會促使網(wǎng)絡中神經(jīng)元由單峰樣放電向簇發(fā)樣放電的轉變。本論文的創(chuàng)新點在于:揭示了慢性失活的鈉離子電流和延遲整流的鉀離子電流在視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞tonic和phasic型放電活動產(chǎn)生過程中的調節(jié)作用;揭示了三種具有內源性差異的神經(jīng)節(jié)細胞分別對應三類不同的興奮性特征,表明內源性機制參與了神經(jīng)節(jié)細胞在編碼刺激方式上的差異;在神經(jīng)元群體活動層面上,具有不同程度適應性放電的神經(jīng)元所形成的電突觸連接網(wǎng)絡,其群體活動模式有著明顯的差異,提示了神經(jīng)元網(wǎng)絡通過不同的群體編碼方式來實現(xiàn)對信息的有效處理。這些結果進一步地表明,適應性電流在神經(jīng)信息編碼過程中的重要調節(jié)作用。
【圖文】：

學位論文 特的編碼方式，適應性在神經(jīng)信息處理中的作用受到層面上，適應性的存在可以調節(jié)神經(jīng)元對輸入刺激的同統(tǒng)計成分的動態(tài)處理[7-9]、對神經(jīng)元響應曲線的有效源性放電行為產(chǎn)生過程中的貢獻[13-14]等。而在神經(jīng)元以調節(jié)神經(jīng)元群體放電活動的變異性[15-16]、降低神經(jīng)信息的快速傳遞和編碼的有效性[19-21]、以及參-25]等。

即：適應性電流的相關調控作用上。之所以集因為神經(jīng)元的前級網(wǎng)絡十分復雜，具體形成的連接單因素的分析往往需要做很大的簡化，而內在電流結構與視覺信息通路中，視網(wǎng)膜是視覺信息處理的第一站。外界光信號收，將視覺信息轉換成神經(jīng)元的電信號，然后在視程和無衰減傳遞的動作電位串，最后通過神經(jīng)節(jié)細（optic tract），把信息傳送至丘腦的外側膝狀體（并進而通過視放射（optic radiations）的方式，將信皮層以及其它更高級的視覺中樞（圖2）。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R774.1

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