自然刺激下小雞視網膜神經節(jié)細胞群體放電活動時空特性的研究.pdf

1、視網膜是視覺信息處理的第一站，視網膜光感受器細胞接受視覺信號輸入并將其以膜電位改變的形式經視網膜神經元回路傳遞至輸出神經元神經節(jié)細胞，形成動作電位，然后通過視神經進一步向視覺中樞系統(tǒng)傳遞。視覺經驗通常都發(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。視網膜的信息處理過程受到視神經在視覺通路解剖結構中的瓶頸地位，以及神經系統(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、網膜神經節(jié)細胞在連續(xù)自然影像(電影)刺激下反應活動的時空特性來了解視網膜是如何在這些限制下有效地對視覺信息進行處理和編碼的。本論文運用多電極記錄技術結合數據分析，以偽隨機棋盤格(pseudorandom checker-board)刺激為對照，對小雞視網膜神經節(jié)細胞在自然刺激下的時空編碼模式進行研究，包括考察神經節(jié)細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)計特性下群體神經節(jié)細胞的放電模式和協同作用等。

3、　　 主要結果包括：1)在自然影像的刺激下，單個神經元在刺激延續(xù)過程中的放電序列以及群體神經元在特定時刻的反應活動呈現出比在偽隨機棋盤格刺激下更明顯的超高斯分布，提示群體神經節(jié)細胞可能以一種稀疏的反應模式編碼自然視覺刺激信息。2)進一步分析研究發(fā)現，這種稀疏編碼模式的形成更多地依賴單個神經節(jié)細胞在刺激延續(xù)過程中的少數高頻放電和多個神經元在某一時刻的協同放電，而不僅僅是在刺激過程中大多數神經元在大多數時間里不放電。這些結果提示視網膜神經

4、節(jié)細胞在自然視覺信息處理過程中可能通過單個神經節(jié)細胞的少數高頻放電和群體神經元中鄰近神經元的協同放電實現視覺信息穩(wěn)定而高效地向視覺中樞傳遞。3)應用基于子序列分布差異度量(measurement ofsub-sequence distribution discrepancy，MSDD)的多維數據處理方法分析群體神經節(jié)細胞在不同刺激時段放電活動的協同性，發(fā)現在自然影像刺激下群體神經節(jié)細胞在刺激過程中的協同放電隨時間存在明顯的動態(tài)特性，進一

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