基于样本熵的神经元放电脉冲间隔序列分析

目的神经元动作电位的放电脉冲间隔(interspikeinterval,ISI)序列包含丰富的时空编码信息,但这种丰富的时空编码信息所蕴含的生理信息没有得到很好的揭示,本文采用样本熵工具量化并分析 ISI序列中可能包含的生理信息.方法采用胞外多通道微电极记录猫的初级视皮层神经元对正弦光栅的反应动作电位,在不同时间尺度下采用抖动方法生成与原始动作电位序列在编码层次上等价的ISI序列,然后利用样本熵工具分析这些 ISI序列包含的生理信息,将样本熵与神经元发放率进行关联分析.本文还研究了猫初级视觉皮层细胞的方位选择性与样本熵的关系,并分析不同时间尺度对样本熵的影响.结果神经元的样本熵与发放率之间呈反相关关系,并在所有时间尺度上都显著.在猫初级视觉皮层8个细胞的方位选择性与样本熵之间的关系中,6个细胞具有显著反相关关系.而时间尺度的选择对样本熵的影响较小,呈弱反相关关系.结论基于样本熵的神经元 ISI序列分析结果表明,样本熵一定程度上反映细胞的生理信息,为研究其他神经体系动作电位包含的生理信息提供参考.     

视皮层中神经元的同步发放现象黄江涛1

在Hindmarsh-Rose(HR)单神经元模型的基础上,结合视皮层的神经网络模型,研究分析视皮层中各神经元的发放模式.数值仿真显示:视皮层网络结构的各层中,神经元的发放具有同步现象;当双极细胞的外界刺激改变时,神经元出现簇发放和峰发放两类模式;随着外界刺激强度的增强,电位发放的峰峰间距(ISI)显示分岔现象.     

猫初级视区急性毁损对高级视区刺激诱导的c-fos蛋白表达的影响

目的:研究初级视区急性毁损对猫的高级视区刺激诱导的c-fos蛋白表达的影响,探索初级视区毁损后的残留视觉(称盲视)可能机制。方法:本研究采用免疫组织化学检测了初级视区(包括17和18区)急性毁损对猫的高级视区(包括19、20和21区)中立早基因c-fos蛋白基础表达量和刺激诱导的c-fos蛋白表达量的影响,以正常猫为对照。结果:急性毁损初级视区后,高级视区内c-fos免疫阳性神经元密度及c-fos免疫阳性反应的光吸收值(OA)在初级视区毁损猫和正常对照猫之间无显著差异;然而,双侧初级视区毁损猫的高级视区中刺激诱导的c-fos免疫阳性神经元密度比正常猫下降了92%以上,c-fos蛋白免疫阳性反应的OA值下降了78.9%以上。结论:初级视区急性毁损后高级视区的绝大多数神经元失去了对视觉刺激的反应性,因此,初级视区毁损后出现的盲视现象可能主要与皮层下中枢至高级视区的神经通路重组有关。     

低频重复经颅磁刺激刺激初级运动皮层对大脑功能连接影响的研究

重复经颅磁刺激(rTMS)能对刺激脑区及与其相连接的远端脑区产生影响。本文将从大脑功能连接、脑区之间相互协调工作状态改变的角度,研究低频rTMS刺激脑初级运动皮层对大脑的影响作用。募集了10名健康受试者,采用1 Hz rTMS刺激脑初级运动皮层20 min,采集刺激前后1 min闭目静息状态下的脑电(EEG)数据。对EEG进行相位同步分析,建立脑功能网络,并计算脑功能网络特征参数。最后使用符号秩和检验进行统计学分析。结果表明,低频rTMS刺激使大脑alpha频段全局相位同步指数显著降低(P0.05)。两两脑区分析表现为刺激侧的运动皮层与额叶皮层和顶叶皮层、非刺激侧顶叶皮层与双侧额叶皮层之间alpha频段相位同步显著降低。alpha频段脑功能网络的平均度、全局效率降低(P0.05),平均最短路径长度显著增加(P0.05)。表明低频rTMS使脑功能网络的信息传输变慢,传输效率变低。本文从大脑功能连接性的角度上证明了低频rTMS对大脑活动的抑制作用,说明低频rTMS能够对刺激脑区及与刺激脑区相连接的远端脑区产生影响。本研究有望为低频rTMS应用于临床疾病的治疗提供一定的指导。     

经硬脑膜电刺激对视皮层神经活动影响的仿真研究

经硬脑膜对视皮层电刺激为视觉功能修复提供了一种新的技术思路.前期的仿真工作利用激活函数定性研究了经硬脑膜电刺激对视皮层的作用效果,本研究在原有模型基础上引入神经无模型,定量研究不同刺激波形及参数对电极作用范围的影响.该方法将已建立的神经元模型耦合到视皮层区域有限元模型中,利用傅里叶-有限元方法分别计算双脉冲、指数脉冲和正弦波刺激下视皮层区域模型内的场电位,将电位加载到神经元模型上,观察神经元是否发生兴奋,以神经元区域兴奋个数判定电极的作用范围.仿真结果表明,该方法能较好的表达刺激的响应范围:不同刺激波形及参数引起的神经元区域兴奋数量不同,且解剖结构会影响刺激效果.所得结果对实验具有一定指导意义.     

视皮层中神经元的同步发放现象

在Hindmarsh—Rose（HR）单神经元模型的基础上，结合视皮层的神经网络模型，研究分析视皮层中各神经元的发放模式。数值仿真显示：视皮层网络结构的各层中，神经元的发放具有同步现象；当双极细胞的外界刺激改变时，神经元出现簇发放和峰发放两类模式；随着外界刺激强度的增强，电位发放的峰峰间距（ISI）显示分岔现象。     

运动意图的偏最小二乘解码研究

由于大脑信息编码的稀疏特性,微电极阵列记录的神经元集群信号中包含大量的噪声和冗余信息,这降低了运动意图解码的稳定性和精确度。针对这一问题,本文将偏最小二乘(PLS)特征提取应用于神经元集群解码中,首先采用PLS提取神经元集群锋电位发放特征,然后用支持向量机(SVM)对提取的特征进行分类,解码得到运动意图。采集三组鸽子十字迷宫转向实验中的大脑神经元集群信号进行解码,结果表明,PLS结合分类模型的解码方法克服了PLS回归易受噪声累积影响的缺点,稳定性和解码正确率均更高,相比传统的降维方法,PLS提取特征个数更少,包含有用信息更多,三组实测数据的解码正确率分别为93.59%、84.00%和83.59%。     

神经元集群的时空编码研究现状

神经系统中信息的编码和处理在很大程度上是由大量神经元构成的集群协同活动完成的,即神经元集群编码。时空编码是神经元集群编码的主要方式之一。介绍了神经元集群时空编码的几种表达方法：放电同步性的互相关表达、多变量分析和人工神经网络表达,对以上方法的研究现状进行了综述。     

海马CA3区神经元集群放电的脉冲耦合神经网络仿真研究

目的 采用脉冲耦合神经网络(pulse coupled neural network,PCNN)对海马CA3区神经元集群放电进行仿真研究.方法 PCNN模型由120个神经元组成,兴奋性神经元与抑制性神经元个数之比为5∶1.神经元间的连接权重为高斯分布.结果 PCNN仿真模型输出结果表明,在周期信号、Gaussian随机信号及两类信号的线性叠加三类输入模式下,PCNN仿真网络的输出平均发放率均小于10%;神经元之间的稀疏连接可以通过调节权重实现.结论 ①在三类不同输入模式下,PCNN仿真网络的输出平均发放率均小于10%,满足海马CA3区神经元稀疏编码的特点.②在不同刺激下,模型中神经元的平均放电频率为6.02±1.55 Hz,其频率范围为3.6-8.6 Hz,与海马区神经元放电的特征频率(θ节律)一致.③在PCNN仿真模型中,神经元之间的连接可通过调节权重矩阵实现,满足海马CA3区神经元稀疏连接的特点.④针对不同的输出模式,PCNN仿真网络可输出网络中每个神经元在不同时刻放电的时间序列.PCNN仿真模型可以反映海马CA3区神经元集群的放电特性,其仿真结果可以作为研究海马区神经元集群编码的仿真数据.     

节制饮食增强猫视皮层γ-氨基丁酸和脑源性神经营养因子的表达

目的探讨节制饮食对猫初级视皮层内抑制性神经递质γ-氨基丁酸(GABA)和脑源性神经营养因子(BDNF)表达的影响。方法 Nissl染色示初级视皮层分层并用于神经元计数;免疫组织化学方法标记6只猫GABA和BDNF免疫阳性神经元。切片于Olympus光学显微镜下观察摄片,用Image-Pro Express 6.0软件进行细胞计数和免疫阳性反应的吸光度值统计。结果与正常饮食对照猫相比,节制饮食组猫的初级视皮层神经元平均密度无显著变化,GABA免疫阳性神经元密度显著增大,阳性反应的平均吸光度值显著升高;BDNF免疫阳性细胞的密度和阳性反应的平均吸光度值亦明显增大。结论节制饮食能显著增强猫视皮层内GABA和BDNF的表达,这可能对视皮层神经元的结构和功能有保护作用,从而延缓衰老进程。