猫视觉皮层神经元发放序列结构及老化对其影响的研究论文

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1、㈣必UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor’SdegreeThestructureanditsage··ralativechangesofspiketrainsofneuronsindifferentvisualareasincatsAuthor’SName：BaozhuoZhouBiomedicalEngineeringProf．YifengZhouApril，2012。．m妙∞“．小．．峪d缸Ⅳk呦岬呦中国科学技术大学学位论文原创性声

2、明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：l胡f出签字日期：凌!三：：!：!中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关

3、数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。酸开口保密(——年)作者签名：l盈墨丝签字日期：弘。2：!!：：』．导师签名：签字日期：丝!二二!二』摘要摘要在脑片膜片钳试验中，当给定恒定的电流刺激时，大部分的神经元发放是相当有规律的。但是，在动物在体实验中，给定恒定的刺激，比如研究视觉系统中给定特定的视觉刺激，神经元的发放往往是不规则的。发放序列呈现的相当复杂的结构，表现为Trial—to—Trial的发放序列的变

4、异性和一次Trial的发放序列结构的不规则。现有的研究认为导致这些发放序列变异和不规则的原因是神经系统中的噪声，现有研究发现噪声存在于感觉、知觉、中枢和运动多个神经子系统中．同时，噪声还存在于神经系统的多个层面，包括分子热运动噪声、离子通道噪声、突触上的生物化学噪声和细胞噪声等等，很多噪声是神经网络的固有特性，从而这些噪声引起的变异性在神经网络是不可避免的。从进化的角度来说，神经网络一直处在这种噪声的环境中，这些噪声可能会导致神经系统的结构和功能发生变化，进而影响了神经元的发放序列的结构。因此，发放序列的结构从某种程度上

5、来说就反映了系统的一些生理信息，那么研究神经元发放序列结构对于我们揭示神经系统特定的生理信息具有至关重要的作用。视觉系统对人类和其他哺乳类动物感知外部世界具有重要的意义和作用，外部世界的大部分信息通过视觉系统实现接受、处理和感知。同时视觉信息处理系统中，存在多个不同层次的处理阶段，研究每个处理层次神经元发放序列结构对于我们理解神经系统具有重要意思。但是现有研究发放序列变异性的指标法诺因子计算相对简单，忽略了神经发放序列的时间结构和高阶统计量，本文使用发放率向量来表征系统神经元发放信息，然后引入变异系数Cv、Cv2、向量欧

6、式距离以及样本熵等高阶统计量来分析神经元发放序列的结构。大量研究表明，随着年龄的增长，人和高等动物的视觉系统会表现出许多功能方面的衰退现象，同时其视皮层神经元的相关反应特性会发生一系列的变化，这种神经元层次的改变被认为是视觉系统功能衰退的潜在原因和内在机制。本文综合使用了上述的多个统计量来研究正常老化过程对猫视皮层细胞的发放序列结构和商阶统计量的变化的影响，同时探索了发放序列的高阶统计量样本熵是否反应了一定的生理信息，具体实验研究如下：实验(一)：本实验以猫为试验模型，采用在体单细胞胞外记录的方法对比记录了老年猫及青年猫

7、LGN、A18和PLMS区的细胞反应。我们使用了发放率向摘要量的方法表征神经元在多次Trim中一次的发放信息，同时我们采用视觉皮层细胞的一个重要的特性指标一反应不规则性，来衡量其在衰老过程中的变化情况，其中反应不规则性采用发放率向量的两种变异系数CV和Cv2的平均值来表示。结果发现老化过程中LGN区细胞没有显著的变化，而其他两个区域的反应不规则性都受到了衰老不同程度的影响，表现为反应不规则性的增大，这样的结果说明猫在正常老化过程中，神经元反应特性的改变给大脑内神经网络信息处理过程带来了损伤，本研究为其他神经体系在动物衰老

8、过程中的变化研究提供了一定的参考。实验(二)：现有假说认为老化过程中较高级的视觉皮层受损更严重，但这种假说还有需要试验验证。本实验采用在体单细胞胞外记录的方法对比记录了老年猫及青年猫LGN、A17、A18和PLMS区的细胞反应。我们使用了上述发放率向量的方法表征信息，采用视觉皮层细胞的两个重要的特性指标一反应变异性和