大鼠基底外侧杏仁核对恐惧视觉信息的编码分析

研究大鼠在条件性恐惧视觉建立过程中基底外侧杏仁核(basal lateral amygdala, BLA)如何对恐惧视觉信息进行神经元响应特征编码分析。通过对实验Long-Evans(LE)大鼠进行电极植入手术,采用巴普洛夫原理设计基于自然图像的恐惧训练实验范式;用多通道信号采集系统采集训练前、后BLA脑区3种不同属性图片刺激时的锋电位(Spike)神经信号,并且分别根据发放率编码和信息熵编码方法对所提取Spike信号进行编码分析;最后,采用朴素贝叶斯分类器对图片属性进行分类解码判断,研究大鼠BLA区对恐惧视觉信息进行神经编码的机制。结果表明,恐惧训练后Spike发放率和信息熵均有明显增加,解码正确率为恐惧94%、非恐惧93%。说明恐惧视觉信息能够激活大鼠BLA脑区的神经元响应,朴素贝叶斯分类器可以实现对神经元集群响应的分类解码,且对恐惧信息解码效果更好。     

基于自然图像认知的大鼠上丘神经元恐惧信息编码机制

为了探究大鼠对自然图像的认知效果以及在自然图像认知过程中上丘(superior colliculus, SC)神经元的恐惧信息编码机制,采用条件性恐惧联结训练方法,设计了基于三种不同情感属性自然图像的实验方案(恐惧:"蛇"、中性:"树"、奖励:"鼠粮"),对大鼠进行了视觉认知训练。首先,从行为学分析了大鼠对具有不同情感意义自然图像的认知效果;其次,采用第一动作电位延时(first spike latency, FSL)以及Spike(峰电位)平均发放率两种编码方法,研究了大鼠上丘神经元在自然图像认知学习过程中的恐惧信息编码机制。结果表明,大鼠对奖励、恐惧、中性三种图像的抉择正确率分别在第6、22、26 d达到了75%基准线。训练后,在恐惧图像的刺激作用下,大鼠上丘神经元集群的平均FSL值显著低于训练前,且神经元集群的Spike发放率显著提高。这些结果揭示了恐惧信息能够激活大鼠上丘脑区,并通过SC脑区实现恐惧信息快速传递与表征。     

鸽子视顶盖颜色信息的解码

研究了鸽子视顶盖神经元对颜色信息的编码机制并解码了三种颜色刺激。首先,针对鸽子视网膜四种类型敏感细胞设计了红、绿、蓝三种色块刺激模式。然后,对视觉实验采集到的神经元响应信号绘制其刺激后时间直方图(peri-stimulus time histogram,PSTH)。确定出神经元有效响应区间后发现,视顶盖神经元以集群的方式对颜色信息进行编码,对于不同的顶盖神经元,三种色块刺激的PSTH曲线存在不同的响应规律;对于同一个顶盖神经元,多次实验下三种色块刺激的PSTH曲线有着近乎一致的规律。最后,分别采用主成分分析法(primary component analysis,PCA)和等度规映射法(isometric mapping,ISOMAP)对集群特征进行降维,采用概率型神经网络(probabilistic neural network,PNN)对三种色块进行解码,结果表明,不同的特征降维方法,都具有较高的识别率,再次验证了鸽子视顶盖神经元是以集群的方式对颜色信息进行编码。     

基于多元线性逆滤波器的视顶盖神经元集群亮度信息解码研究

通过解码鸽子视顶盖(the optic tectum,OT)神经元集群亮度信息的方法,研究了OT区神经元集群编码亮度信息的神经机制。首先设计了具有瞬态闪变特性的亮度视觉刺激模式,采用微电极阵列记录了多通道的锋电位(spike)发放序列;然后提取了神经元集群的spike发放率特征,构造多元线性逆滤波器解码视觉刺激亮度;最后采用互相关和信息论的方法对解码结果进行了分析。结果表明:采用的多元线性逆滤波器有效解码了OT区神经元集群编码的亮度信息。通过对解码参数变化与解码精度的分析可知神经元集群数目13个、bin的宽度5 ms、刺激后15 ms、刺激后持续时间35 ms具有最高的解码精度。通过神经元集群中逆滤波器形态的分析发现,单神经元在亮度信息的编码过程中受周围神经元的动态调制。通过对解码精度与刺激闪变频率关系的分析,发现在刺激闪变频率19 Hz到53 Hz的范围内,重建质量较好,在刺激闪变频率为33.5 Hz时,重建质量达到最优。     

信鸽外纹体神经元对习得性目标认知的响应特性

习得性认知是生物通过后天学习,将外部目标与自身行为进行强化训练,形成一种条件反射的认知过程,信鸽外纹体神经元在认知前后响应如何变化尚不清楚。通过训练信鸽识别特定目标,同步记录外纹体神经元集群信号,从动作电位发放率、局部场电位伽马子频带能量、神经元间互信息等角度,分析信鸽在不同认知阶段外纹体神经元响应特征的变化规律,结果表明:习得目标认知建立前后,其神经元的响应从集中在目标呈现阶段调整到决策阶段;不同试次神经元响应间的同步性随着习得性目标认知的建立逐渐增强,表现出更稳定可靠的响应特征;神经元集群间的互信息显著弱于认知前,表明习得性目标认知减弱了神经元集群的冗余信息,提高了编码效率。     

基于稀疏-小世界网络的初级视皮层神经元发放模型

通过构建神经元发放模型实现对视觉系统刺激编码方式的解析是计算神经生理学领域的研究热点。在传统线性-非线性-泊松(LNP)模型的基础上,采用稀疏编码模型训练的基函数作为模型的刺激滤波器,进一步利用小世界网络优化神经元集群的连接结构,构建了一种新型初级视皮层(V1区)神经元发放模型,用于预测神经元在特定刺激模式下的响应活动。利用在LE大鼠V1区采集的多通道发放数据拟合模型参数,进一步验证模型的有效性。实验结果表明,与传统未选择基函数作为刺激滤波器以及未经过小世界网络优化的对照模型相比,该模型能更准确地预测大鼠V1区神经元在不同朝向光栅刺激下的响应。该研究表明,经小世界网络优化后,模型中神经元的连接结构具有更强的生物相似性,能更真实地反映初级视觉皮层神经元群的响应机制。     

基于信鸽视顶盖神经集群响应的目标类别解码研究

通过提取信鸽视顶盖(The Optic Tectum, OT)的中间层神经元集群高频峰电位(spike)响应信号,利用小波和信息论的方法提取并筛选不同时间尺度上的响应特征,构建集群响应的特征向量,从而实现对目标类别的解码。首先,根据感受野特征筛选有效响应通道;然后通过特定目标对信鸽进行刺激实验,采用微电极阵列记录多通道的spike发放序列;其次设定时间窗口(bin)长度,采用小波和信息论的方法提取并筛选响应特征;最后利用朴素贝叶斯分类算法实现目标类别解码。结果表明,一方面本文方法所提取的响应特征能够实现对目标类别的解码和识别;另一方面,通过对bin取1ms的响应信号所提取特征进行统计分析,发现提取的包含目标类型信息高的小波系数大都属于较大分解层次上的系数,表明鸽子OT区可能利用这些尺度上的时间模式对目标的信息进行了编码,这为研究OT中间神经元的时间响应结构奠定了基础。     

大鼠初级视皮层整合野朝向信息调制的混沌性研究

整合野朝向信息调制作用下神经元响应信号具有混沌性,目前并不清楚混沌响应特性对信息处理的作用。以大鼠为研究对象,通过胞外电极记录信号的方式获取初级视皮层(V1区)神经元的动作电位信号,利用最大李雅普诺夫指数描述响应信号的非线性混沌状态,通过递归图算法计算随混沌状态变化的动力学信息量,分析神经元在整合野朝向信息调制下混沌性的变化对神经元信息表达的影响。结果发现整合野的调制增强了神经元响应信号的混沌性,有助于神经元用相对较少的发放传递等量的信息,或用同样的发放传递相对较多的信息,从而提高视觉系统处理信息的能力。     

条件性味觉厌恶学习对大鼠脑区亮脑啡肽表达的影响

比较观察了建立条件性味觉厌恶学习前后，成年SD大鼠脑丘脑内内源性亮脑啡肽的表达水平。发现条件性味觉厌恶学习组大鼠丘脑外侧背核、丘脑内侧背核外侧部以及丘脑腹后内侧核内亮脑啡肽免疫阳性神经元数目显著少于对照组。揭示脑内一些核团亮脑啡肽表达在条件性味觉厌恶学习过程中发挥作用。     

小鼠海马神经网络对情景体验进行实时编码的功能单元的发现与鉴别

为了在神经网络层次上研究大脑对情景记忆信息实时编码的原理,我们创制了96通道微电极阵列系统．利用该系统,在小鼠经历惊吓事件过程中,对其大脑海马区多达260个神经元的放电活动进行了同步观察和记录．我们发现,惊吓情景刺激促发了小鼠海马CAI区神经元的放电模式发生改变,且这种改变与惊吓事件的特性及发生环境密切相关．运用统计学中的模式判别法。这些神经元的放电活动在低维空间形成了明显的集群式编码模式．进一步运用“移动窗口扫描”法,我们不仅能观察到神经网络实时编码的动态变化过程,而且能追踪惊吓事件之后记忆痕迹在神经元网络上的再现轨迹及次数．我们的分析表明：大脑海马CA1区神经网络的编码能力来自于由一系列神经元簇组成的功能性编码单元,神经元簇中的各神经元个体通过协同放电,从而克服了单一神经元放电的随机可变性,使对外界信息的实时编码获得稳定的高信噪比．这些功能性编码单元集群的激活形式能转换为具有实时性的一串串二进制数码,这一转换使不同动物大脑对各种行为事件获得了简明而通用的分类与编码．     

知觉负荷对恐惧和中性分心面孔记忆的调节

采用视觉搜索任务,意外记忆再认任务调查编码阶段的知觉负荷对恐惧和中性分心面孔记忆的调节作用。结果发现:在视觉搜索任务中,高知觉负荷条件下的正确率显著低于低知觉负荷,反应时显著长于低知觉负荷条件;在意外记忆再认任务中,由于被试对新恐惧面孔的虚报率较高,造成中性分心面孔的记忆成绩显著高于恐惧面孔。可见,人们对恐惧面孔具有一定的反应偏向。     

大鼠初级视皮层神经元整合野调制的多重分形去趋势波动分析

初级视皮层(V1区)神经元整合野的外周调制作用是动物执行视觉图像-背景分割和目标识别的神经基础。采用多重分形去趋势波动的方法,分析了整合野调制下神经元响应的多重分形性,并分析了其与整合野抑制作用的关系。结果表明:不同模式下神经元的响应信号均具有多重分形特征,谱宽Δα能显著区分两种典型的整合野调制状态,且神经元的分形性强度与整合野的抑制指数呈正相关。该研究表明整合野的调制作用改变了神经元响应的复杂程度,提高了其携带信息的能力。     

基于信鸽视顶盖神经集群响应的目标类别解码

通过提取信鸽视顶盖(the optic tectum,OT)的中间层神经元集群高频峰电位(spike)响应信号,利用小波和信息论的方法提取并筛选不同时间尺度上的响应特征,构建集群响应的特征向量,从而实现对目标类别的解码。首先,根据感受野特征筛选有效响应通道;然后通过特定目标对信鸽进行刺激实验,采用微电极阵列记录多通道的spike发放序列;其次设定时间窗口(bin)长度,采用小波和信息论的方法提取并筛选响应特征;最后利用朴素贝叶斯分类算法实现目标类别解码。结果表明,一方面所提取的响应特征能够实现对目标类别的解码和识别;另一方面,通过对bin取1 ms的响应信号所提取特征进行统计分析,发现提取的包含目标类型信息高的小波系数大都属于较大分解层次上的系数,表明鸽子OT区可能利用这些尺度上的时间模式对目标的信息进行了编码,这为研究OT中间神经元的时间响应结构奠定了基础。     

神经网络模型与迭代优化算法

神经系统科学中知觉信息向神经中枢的传递以及神经中枢对信息的识别是一个信息的编码和解码过程.关于信息编码和解码的具体方式，外国有学者基于知觉信息可能包含在不同神经元发送动作电位的准确时差上的假设，运用极大熵模型进行描述.该文首先介绍此模型的具体思想，并在参阅国外相关文献的基础上，认为接收器在接收神经元所发出的动作电位时可能是通过记录各个神经元发送脉冲的不同顺序来识别的.在此假设下，该文借助Plackett-Luce模型对神经元的编码过程进行刻画；依据极大似然估计思想建立统计模型，运用MM算法求解迭代公式，并利用数值算法对模型进行求解实现.     

基于受限玻尔兹曼机的神经元群体响应的贝叶斯解码

神经元通过尖峰模式传递有关刺激的信息,多个神经元通过突触相互联系,构成了复杂的神经回路。在过去的一个世纪中,多电极记录技术的进步使科学家们能够获取一个完整神经回路的细胞响应。这些记录表明,神经元的活动之间存在显著相关性。因此,本文提出利用受限玻尔兹曼机模型描述神经元响应活动之间的相关性,建立神经元群体响应的编码模型,并利用贝叶斯定理构建了基于受限玻尔兹曼机模型的解码器,将它应用于模拟的小鼠视觉皮层神经元的响应序列中。实验结果表明,此解码器在准确率方面优于不考虑神经元之间相关性的独立模型解码器。     

CRH在大鼠脑内不同区域表达的研究

目的:探讨促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)免疫阳性神经元在大鼠脑内不同部位的分布及其特征。方法:用免疫组织化学方法,采用ABC法并通过硫酸镍铵加强呈色和荧光免疫法,在光镜和激光共聚焦显微镜水平观察SD雄性大鼠CRH免疫阳性神经元在大鼠脑内不同部位的表达。结果:CRH神经元多为非锥体形神经元,细胞直径为10~15μm,在胞浆和轴突表达;大鼠的下丘脑室旁核、杏仁核、大脑皮质的前额叶部和其他部分都有分布;在下丘脑室旁核和杏仁核内呈簇团分布,大脑皮质内的Ⅰ~Ⅵ层均有分布,其中Ⅱ、Ⅲ层相对较多,Ⅰ层次之,Ⅳ、Ⅴ层较少,Ⅵ层偶见。结论:大鼠脑内广泛区域分布着CRH神经元,其对应激过程机体的自主神经和情绪行为反应的调节是否仅仅通过下丘脑-垂体-肾上腺轴实现,值得进一步研究和关注。     

基于GVC的区域产业集群创新管理研究

本文从全球价值链(GVC)视角，研究区域产业集群创新管理问题。提出了GVC背景下区域产业集群创新管理的六要素，引入界面集成于其创新管理体系，构建了基于GVC的区域产业集群创新管理模式，强调战略、组织、方法、信息、文化和过程的集成性。基于此，利用管理熵建立了一种综合评价GVC背景下区域产业集群创新管理能力的量化方法，以指导区域产业集群创新管理水平的提升。     

用小波熵及非稳定周期轨道测量神经放电峰峰间期复杂性

为了研究帕金森病理大鼠苍白球神经放电序列的复杂性,首先对Rose-Hindmarsh理论神经元模型分叉数据进行了动态测量,并结合非稳定周期轨道对模型分叉数据进行周期检测,最后应用小波熵对正常状态下的大鼠和帕金森病理状态下的大鼠的内侧苍白球细胞放电峰峰间期进行了复杂性检测.结果发现,在神经元模型峰峰间期时间序列中,小波熵能较好地区分混沌信号和周期信号(混沌信号的小波熵为0.04～0.21,周期信号的小波熵为0.007～0),也能较好地区分周期一节律和周期二节律的信号(周期二节律数据的小波熵为0.007,周期一节律数据的小波熵接近于0).在小白鼠内侧苍白球细胞放电峰峰峰间期时间序列中,病理组小波熵明显高于正常组小波熵(正常组信号的小波熵为0.13～0.26,病理组信号的小波熵为0.38～0.87).非稳定周期轨道分析方法从周期轨道方向得出了和小波熵一致的结论.结果证明,小波熵可以定量反映神经元放电序列复杂性变化,是一种有效的复杂性测度方法.     

经颅磁声电刺激下皮层钙信号及突触传递特性的仿真与实验分析

为了探究经颅磁声电刺激(transcranial magneto-acoustic-electrical stimulation, TMAES)不同磁场强度和超声功率强度对工作记忆信息编码相关的皮层神经元钙信号及突触传递特性的影响,首先通过搭建基于磁声电效应改进的皮层锥体神经元模型,引入钙依赖神经递质释放的计算方法以计算TMAES引起的兴奋性突触后电位(excitatory postsynaptic potential, EPSP),以EPSP作为评价指标来评估不同TMAES磁场强度和超声功率强度下突触传递的短时程可塑性.随后使用光纤光度检测技术实时记录TMAES下小鼠前额叶皮层神经集群的钙信号,以揭示TMAES下钙依赖神经信息传递机制.仿真结果表明：TMAES不同磁场强度和超声功率强度对突触后响应的大小具有双向调节作用,其中,突触传递产生的短时程增强和抑制是由于TMAES下胞内钙浓度的变化引起的囊泡释放和囊泡耗竭.实验结论表明：TMAES对前额叶皮层神经元集群钙信号幅度和频率均有明显的调节作用,TMAES可以通过调节神经钙浓度进而影响突触间的信息传递.     

HH神经元对信号编码的响应

通过计算机数值积分,在HH神经元模型的基础上,对输入正弦、混沌不同动作电位编码的信号时,神经元的输出响应进行了模拟,对比和分析了输入输出信号的异同。