自然刺激下小雞視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞群體放電活動時空特性的研究.pdf

1、視網(wǎng)膜是視覺信息處理的第一站，視網(wǎng)膜光感受器細(xì)胞接受視覺信號輸入并將其以膜電位改變的形式經(jīng)視網(wǎng)膜神經(jīng)元回路傳遞至輸出神經(jīng)元神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，形成動作電位，然后通過視神經(jīng)進(jìn)一步向視覺中樞系統(tǒng)傳遞。視覺經(jīng)驗(yàn)通常都發(fā)生在自然環(huán)境中，因此直接使用自然圖像刺激來探索視覺系統(tǒng)中某些未知的特性越來越受到視覺系統(tǒng)研究者的重視。視網(wǎng)膜的信息處理過程受到視神經(jīng)在視覺通路解剖結(jié)構(gòu)中的瓶頸地位，以及神經(jīng)系統(tǒng)代謝能量消耗等諸多因素的制約。本研究的目的就是通過分析群體視

2、網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞在連續(xù)自然影像(電影)刺激下反應(yīng)活動的時空特性來了解視網(wǎng)膜是如何在這些限制下有效地對視覺信息進(jìn)行處理和編碼的。本論文運(yùn)用多電極記錄技術(shù)結(jié)合數(shù)據(jù)分析，以偽隨機(jī)棋盤格(pseudorandom checker-board)刺激為對照，對小雞視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞在自然刺激下的時空編碼模式進(jìn)行研究，包括考察神經(jīng)節(jié)細(xì)胞群體在自然影像刺激下放電活動在時間上和空間上的統(tǒng)計特性，以及這種統(tǒng)計特性下群體神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的放電模式和協(xié)同作用等。

3、　　 主要結(jié)果包括：1)在自然影像的刺激下，單個神經(jīng)元在刺激延續(xù)過程中的放電序列以及群體神經(jīng)元在特定時刻的反應(yīng)活動呈現(xiàn)出比在偽隨機(jī)棋盤格刺激下更明顯的超高斯分布，提示群體神經(jīng)節(jié)細(xì)胞可能以一種稀疏的反應(yīng)模式編碼自然視覺刺激信息。2)進(jìn)一步分析研究發(fā)現(xiàn)，這種稀疏編碼模式的形成更多地依賴單個神經(jīng)節(jié)細(xì)胞在刺激延續(xù)過程中的少數(shù)高頻放電和多個神經(jīng)元在某一時刻的協(xié)同放電，而不僅僅是在刺激過程中大多數(shù)神經(jīng)元在大多數(shù)時間里不放電。這些結(jié)果提示視網(wǎng)膜神經(jīng)

4、節(jié)細(xì)胞在自然視覺信息處理過程中可能通過單個神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的少數(shù)高頻放電和群體神經(jīng)元中鄰近神經(jīng)元的協(xié)同放電實(shí)現(xiàn)視覺信息穩(wěn)定而高效地向視覺中樞傳遞。3)應(yīng)用基于子序列分布差異度量(measurement ofsub-sequence distribution discrepancy，MSDD)的多維數(shù)據(jù)處理方法分析群體神經(jīng)節(jié)細(xì)胞在不同刺激時段放電活動的協(xié)同性，發(fā)現(xiàn)在自然影像刺激下群體神經(jīng)節(jié)細(xì)胞在刺激過程中的協(xié)同放電隨時間存在明顯的動態(tài)特性，進(jìn)一

5、步采用基于熵分析的信息論算法對群體神經(jīng)節(jié)細(xì)胞在自然刺激下的完整放電序列進(jìn)行分析以考察群體神經(jīng)節(jié)細(xì)胞中不同成員在整個刺激過程中動態(tài)成組協(xié)同放電的情況，發(fā)現(xiàn)在自然刺激下，群體神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的協(xié)同放電模式比在偽隨機(jī)棋盤格刺激下更加廣泛和多樣化，提示神經(jīng)節(jié)細(xì)胞在自然環(huán)境中以一種更加高效的方式進(jìn)行信息傳遞。
　　 從這些結(jié)果可以看出，視網(wǎng)膜可以通過群體神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的時空發(fā)放模式來對信息進(jìn)行編碼，這種模式不僅節(jié)省了儲存大量信息所必需的神經(jīng)元數(shù)目，