【摘要】：適應(yīng)性是神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛存在的一種動(dòng)態(tài)現(xiàn)象,它的典型表現(xiàn)為:隨著刺激的持續(xù)進(jìn)行,神經(jīng)元會(huì)不斷地調(diào)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(yīng)性在神經(jīng)元編碼外界刺激的過(guò)程中扮演著非常重要的作用,如:調(diào)節(jié)神經(jīng)元對(duì)輸入刺激的選擇性、降低信息編碼中的冗余度等。但關(guān)于適應(yīng)性在神經(jīng)信息處理過(guò)程中的作用仍存在很多不清楚的地方,如:能否以及如何對(duì)神經(jīng)元不同放電模式的產(chǎn)生做貢獻(xiàn)?是否以及怎樣對(duì)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)群體編碼方式做調(diào)節(jié)?適應(yīng)性的產(chǎn)生機(jī)制有很多,主要分為內(nèi)在機(jī)制(離子電流)和外在機(jī)制(突觸輸入)兩種。本論文的工作從內(nèi)在機(jī)制入手,利用計(jì)算模型的方法,并結(jié)合之前報(bào)道的一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果,分別研究了適應(yīng)性電流(即對(duì)適應(yīng)性放電的產(chǎn)生起關(guān)鍵性作用的離子電流)對(duì)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞內(nèi)源性放電活動(dòng)的產(chǎn)生以及對(duì)電突觸連接的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)群體同步化活動(dòng)的調(diào)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(gè)視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞為考察對(duì)象。首先,提出改進(jìn)的離子通道模型,研究了適應(yīng)性電流在單個(gè)神經(jīng)節(jié)細(xì)胞內(nèi)源性放電產(chǎn)生過(guò)程中的作用。然后,根據(jù)改進(jìn)的模型并結(jié)合已報(bào)道的模型,比較了具有不同內(nèi)在機(jī)制的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞在編碼外界刺激時(shí)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(duì)神經(jīng)元群體之間電突觸網(wǎng)絡(luò)的連接情況進(jìn)行分析,并構(gòu)造了幾種典型的電突觸網(wǎng)絡(luò),研究了具有不同程度適應(yīng)性放電的神經(jīng)元所形成的網(wǎng)絡(luò)在群體活動(dòng)方面的差異。主要結(jié)果包括:(1)模型驗(yàn)證了視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)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(duì)神經(jīng)節(jié)細(xì)胞適應(yīng)性放電活動(dòng)的調(diào)節(jié)。此外,這兩種適應(yīng)性電流的共同作用與神經(jīng)節(jié)細(xì)胞兩種內(nèi)源性放電活動(dòng)(tonic和phasic)的產(chǎn)生具有特定的相關(guān)性。(2)呈現(xiàn)不同內(nèi)源性放電活動(dòng)的三種神經(jīng)節(jié)細(xì)胞分別具有Hodgkin的三類興奮性特征。另外,對(duì)于周期性刺激,不同神經(jīng)節(jié)細(xì)胞會(huì)表現(xiàn)出有差異但互補(bǔ)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(luò)來(lái)描述。此外,適應(yīng)性因素的存在會(huì)減弱網(wǎng)絡(luò)中成對(duì)神經(jīng)元之間的相關(guān)性,而對(duì)神經(jīng)元群體的同步化活動(dòng)則表現(xiàn)出非單調(diào)的調(diào)節(jié)方式:弱的適應(yīng)性會(huì)降低神經(jīng)元的群體同步化活動(dòng),而強(qiáng)的適應(yīng)性會(huì)維持神經(jīng)元的群體同步化活動(dòng)。進(jìn)一步的結(jié)果顯示,適應(yīng)性因素的存在會(huì)促使網(wǎng)絡(luò)中神經(jīng)元由單峰樣放電向簇發(fā)樣放電的轉(zhuǎn)變。本論文的創(chuàng)新點(diǎn)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(xì)胞tonic和phasic型放電活動(dòng)產(chǎn)生過(guò)程中的調(diào)節(jié)作用;揭示了三種具有內(nèi)源性差異的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞分別對(duì)應(yīng)三類不同的興奮性特征,表明內(nèi)源性機(jī)制參與了神經(jīng)節(jié)細(xì)胞在編碼刺激方式上的差異;在神經(jīng)元群體活動(dòng)層面上,具有不同程度適應(yīng)性放電的神經(jīng)元所形成的電突觸連接網(wǎng)絡(luò),其群體活動(dòng)模式有著明顯的差異,提示了神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)通過(guò)不同的群體編碼方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的有效處理。這些結(jié)果進(jìn)一步地表明,適應(yīng)性電流在神經(jīng)信息編碼過(guò)程中的重要調(diào)節(jié)作用。
【圖文】：

學(xué)位論文 特的編碼方式，適應(yīng)性在神經(jīng)信息處理中的作用受到層面上，適應(yīng)性的存在可以調(diào)節(jié)神經(jīng)元對(duì)輸入刺激的同統(tǒng)計(jì)成分的動(dòng)態(tài)處理[7-9]、對(duì)神經(jīng)元響應(yīng)曲線的有效源性放電行為產(chǎn)生過(guò)程中的貢獻(xiàn)[13-14]等。而在神經(jīng)元以調(diào)節(jié)神經(jīng)元群體放電活動(dòng)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(yīng)性電流的相關(guān)調(diào)控作用上。之所以集因?yàn)樯窠?jīng)元的前級(jí)網(wǎng)絡(luò)十分復(fù)雜，具體形成的連接單因素的分析往往需要做很大的簡(jiǎn)化，而內(nèi)在電流結(jié)構(gòu)與視覺(jué)信息通路中，視網(wǎng)膜是視覺(jué)信息處理的第一站。外界光信號(hào)收，將視覺(jué)信息轉(zhuǎn)換成神經(jīng)元的電信號(hào)，然后在視程和無(wú)衰減傳遞的動(dòng)作電位串，最后通過(guò)神經(jīng)節(jié)細(xì)（optic tract），把信息傳送至丘腦的外側(cè)膝狀體（并進(jìn)而通過(guò)視放射（optic radiations）的方式，將信皮層以及其它更高級(jí)的視覺(jué)中樞（圖2）。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R774.1

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