大鼠初級視皮層整合野朝向信息調(diào)制的非線性動力學研究.pdf

1、初級視皮層（V1區(qū)）是大鼠處理視覺信息的重要神經(jīng)皮層。大鼠 V1區(qū)的神經(jīng)元感受野周圍環(huán)繞著整合野，整合野對感受野的響應產(chǎn)生抑制或易化的調(diào)制作用。整合野的外周調(diào)制作用對分辨視覺刺激的輪廓、邊角和局部特征起到關鍵作用，是生物進行圖像背景分割和目標識別的神經(jīng)基礎。視覺刺激下神經(jīng)元響應信號具有非線性動力學特性，能夠反映大鼠狀態(tài)的變化和神經(jīng)信號的調(diào)制機制，因而，受到神經(jīng)科學領域研究者的極大關注。利用非線性動力學分析方法研究整合野朝向信息調(diào)制作用下

2、神經(jīng)元響應信號的非線性特征能夠發(fā)現(xiàn)近似隨機信號的內(nèi)在確定性，獲得更多的動態(tài)信息，有助于了解視覺系統(tǒng)處理復雜圖像的非線性神經(jīng)機制。
　　本文以LE（Long Evans）大鼠為研究對象，設計了三種類型的圓形光柵刺激模式，利用非線性動力學分析方法對整合野朝向信息調(diào)制作用下大鼠V1區(qū)神經(jīng)元響應信號的混沌特征和分形特征分別進行了研究。主要內(nèi)容如下：
　?。?）確定了大鼠 V1區(qū)神經(jīng)元整合野范圍和整合特性。首先，利用棋盤格確定了感受野

3、的中心位置，利用全屏光柵測定神經(jīng)元響應的最佳刺激參數(shù)；然后，根據(jù)感受野位置和最佳刺激參數(shù)，采用圓形灰屏遮蓋法確定感受野和整合野的范圍；最后，采用圓形光柵遞增法驗證所確定的整合野范圍，并進一步確定整合野的整合特性。
　?。?）提取了整合野朝向信息調(diào)制下動作電位信號的混沌特征，分析了混沌特征表征視覺刺激的能力及其對神經(jīng)元實現(xiàn)信息傳遞的貢獻。首先，依據(jù)電生理實驗檢測的大鼠V1區(qū)神經(jīng)信號，對動作電位發(fā)放時間間隔進行相空間重構，確定了相空間

4、重構參數(shù)；然后，根據(jù)相空間重構參數(shù)，利用最大李雅普諾夫指數(shù)，提取了整合野朝向變化時響應信號混沌狀態(tài)特征；最后，通過遞歸圖算法計算神經(jīng)元響應信號的動力學信息量，分析了不同混沌狀態(tài)下信號傳遞的動力學信息量變化情況。分析結果表明：整合野朝向信息調(diào)制下最大李雅普諾夫指數(shù)更可靠地表征了視覺刺激信息；整合野朝向信息調(diào)制下響應信號混沌性增強，有助于提高神經(jīng)元信息傳遞效率。
　?。?）提取了整合野朝向信息調(diào)制下動作電位信號的分形特征，分析了神經(jīng)元

5、之間的連接性及其對整合野抑制調(diào)制作用的影響。首先，以具有重疊感受野的兩兩神經(jīng)元為分析對象，利用多重分形去趨勢波動互相關分析方法，提取了神經(jīng)元響應信號的分形特征，用于表征神經(jīng)元之間的非線性相關性，并以此為指標分析了整合野朝向信息調(diào)制作用下神經(jīng)元之間連接性的變化情況；然后，將所提取的分形特征與傳統(tǒng)的互相關分析得到的結果進行了對比；最后，分析了神經(jīng)元間連接性與整合野抑制調(diào)制作用之間的關系。分析結果表明：整合野朝向信息調(diào)制作用顯著增強了神經(jīng)元之