本文關(guān)鍵詞：大鼠皮層下視通路條件性恐懼視覺信息處理機(jī)制研究

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【摘要】：視覺系統(tǒng)是動(dòng)物認(rèn)知外部信息最重要的感覺系統(tǒng),大腦中存在皮層和皮層下兩條視通路,皮層視通路主要負(fù)責(zé)對(duì)外界視覺刺激的精細(xì)加工和智能識(shí)別;皮層下視通路屬于大腦早期進(jìn)化的邊緣結(jié)構(gòu),是包括上丘(Superior Colliculus,SC)→丘腦枕(Pulvinar,Pulv)→杏仁核(Amygdala,AMG)的一條視覺通路。皮層下視通路與情緒視覺信息的處理密切相關(guān),尤其對(duì)恐懼視覺信息能夠進(jìn)行快速加工和傳遞,具有預(yù)警作用�？謶忠曈X信息刺激是激活皮層下視通路進(jìn)行視覺信息快速傳遞的一種重要方式,包括自然賦予的先天性恐懼視覺信息,在社會(huì)活動(dòng)中長(zhǎng)期積累的情感面孔信息,以及動(dòng)物通過后天習(xí)得的條件性恐懼視覺信息。其中,通過后天習(xí)得的條件性恐懼視覺的信息處理機(jī)制與應(yīng)激性障礙的信息處理機(jī)制具有相似性。目前皮層下視通路條件性恐懼視覺信息處理機(jī)制的研究處于起步階段,皮層下視通路的神經(jīng)環(huán)路結(jié)構(gòu)連接和投射關(guān)系還未明確;皮層下視通路本身對(duì)條件性恐懼視覺信息的響應(yīng)特性,以及恐懼視覺信息激活皮層下視通路的“觸發(fā)”條件還沒有清楚解析;在條件性恐懼視覺認(rèn)知過程中兩條視通路之間的交互和影響作用尚不清楚。因此,皮層下視通路條件性恐懼視覺的信息處理機(jī)制研究是神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)和智能科學(xué)領(lǐng)域的新興課題,具有很高的理論研究意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值�；谏鲜鲈�,本文以Long Evans大鼠做為模式動(dòng)物,用嗜神經(jīng)病毒標(biāo)記大鼠皮層下視通路的神經(jīng)環(huán)路;建立基于圖形認(rèn)知的大鼠條件性恐懼聯(lián)結(jié)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)范式;通過分析條件性恐懼視覺形成前后皮層下視通路神經(jīng)元的響應(yīng)特性,確定Pulv在皮層下視通路中對(duì)恐懼視覺信息的觸發(fā)傳遞作用;通過分析視覺圖像的恐懼聯(lián)結(jié)水平對(duì)神經(jīng)元集群功能連接的影響,解析皮層下視通路對(duì)恐懼視覺信息傳遞機(jī)制;在無意識(shí)和有意識(shí)兩種認(rèn)知水平下,研究?jī)蓷l視通路多腦區(qū)間的恐懼視覺信息傳遞和交互作用。本文完成的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:(1)建立了大鼠基于圖形認(rèn)知的條件性恐懼視覺聯(lián)結(jié)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)范式。設(shè)計(jì)開發(fā)了大鼠條件性恐懼視覺聯(lián)結(jié)自動(dòng)訓(xùn)練系統(tǒng);采用行為學(xué)方法量化了大鼠恐懼視覺聯(lián)結(jié)形成的標(biāo)準(zhǔn);設(shè)計(jì)9種“單圖”恐懼視覺聯(lián)結(jié)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?分組進(jìn)行訓(xùn)練,統(tǒng)計(jì)分析了各種訓(xùn)練模式中條件刺激時(shí)長(zhǎng)和非條件刺激時(shí)長(zhǎng)兩個(gè)因素對(duì)恐懼視覺聯(lián)結(jié)訓(xùn)練效果的影響,進(jìn)而優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?并采用“雙圖”恐懼視覺訓(xùn)練模式驗(yàn)證本文恐懼視覺訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)范式的有效性。(2)標(biāo)記了大鼠皮層下視通路神經(jīng)環(huán)路投射,實(shí)現(xiàn)回路中關(guān)鍵神經(jīng)核團(tuán)神經(jīng)元集群響應(yīng)信號(hào)采集。采用嗜神經(jīng)病毒追蹤技術(shù)實(shí)現(xiàn)LE大鼠皮層下視通路的神經(jīng)環(huán)路結(jié)構(gòu)標(biāo)記;確定了皮層視通路和皮層下視通路的電生理實(shí)驗(yàn)采集位點(diǎn);實(shí)現(xiàn)了特定腦區(qū)的急性和慢性神經(jīng)元集群響應(yīng)信號(hào)的采集,完成了微電極陣列植入定位的組織學(xué)驗(yàn)證。(3)發(fā)現(xiàn)在條件性恐懼視覺形成前后,丘腦枕后外側(cè)(LP)神經(jīng)元集群對(duì)“恐懼”視覺信息響應(yīng)的峰值時(shí)間延遲縮減變化量,與上丘(SC)相比顯著增加,從響應(yīng)時(shí)間特性上解析了皮層下視通路快速信息傳遞的神經(jīng)機(jī)理;并從神經(jīng)元集群的響應(yīng)幅值特性上,揭示了丘腦枕在皮層下視通路中對(duì)“恐懼”視覺信息的傳遞起到了“門控”作用。(4)發(fā)現(xiàn)隨著恐懼水平增強(qiáng),皮層下視通路對(duì)于恐懼視覺信息的傳遞效率也在提高。依據(jù)大鼠條件性恐懼聯(lián)結(jié)訓(xùn)練過程中的主動(dòng)逃避率,將恐懼視覺訓(xùn)練分成訓(xùn)練前、訓(xùn)練中和訓(xùn)練后三個(gè)階段,分別表征大鼠感知視覺刺激圖形的三個(gè)恐懼水平。通過對(duì)比分析視覺刺激的不同恐懼水平下大鼠皮層下視通路SC和LP核團(tuán)神經(jīng)元集群功能連接的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)隨著恐懼水平增強(qiáng),SC和LP神經(jīng)元集群網(wǎng)絡(luò)的功能連接特性——連接強(qiáng)度和聚類系數(shù)均顯著增加,平均路徑長(zhǎng)度顯著減小。(5)研究了在有意識(shí)和無意識(shí)兩種不同認(rèn)知水平下,兩條視通路多腦區(qū)間的恐懼視覺信息傳遞和交互作用,發(fā)現(xiàn)皮層下視通路在無意識(shí)恐懼信息認(rèn)知條件下起關(guān)鍵作用。采用格蘭杰因果分析方法建立皮層視通路V1區(qū)、皮層下視通路SC和LP多腦區(qū)之間的有向功能連接。該有向功能連接圖表明:恐懼視覺信息依靠?jī)蓷l視通路協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)傳遞,隨著認(rèn)知意識(shí)水平的減弱,皮層下視通路SC→LP的連接強(qiáng)度顯著增強(qiáng),皮層視通路V1區(qū)對(duì)皮層下視通路SC和LP的反饋?zhàn)饔弥饾u減弱。由此說明在無意識(shí)恐懼視覺認(rèn)知過程中,皮層下視通路對(duì)恐懼視覺信息傳遞起到了主要作用。
【關(guān)鍵詞】：皮層下視通路 條件性恐懼 視覺信息處理機(jī)制 神經(jīng)元集群 神經(jīng)元響應(yīng)特性 功能連接
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R749.72;TP391.41
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-18
• 符號(hào)說明18-20
• 1 緒論20-34
• 1.1 研究背景及意義20-22
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀22-31
• 1.2.1 皮層下視通路神經(jīng)回路基礎(chǔ)的研究現(xiàn)狀22-26
• 1.2.2 皮層下視通路關(guān)鍵神經(jīng)核團(tuán)的視覺信息表征研究現(xiàn)狀26-28
• 1.2.3 恐懼視覺信息處理的腦網(wǎng)絡(luò)功能連接研究現(xiàn)狀28-31
• 1.3 本文的主要工作和組織結(jié)構(gòu)31-34
• 2 大鼠皮層下視通路神經(jīng)信號(hào)采集34-49
• 2.1 利用嗜神經(jīng)病毒追蹤技術(shù)標(biāo)記LE大鼠皮層下視神經(jīng)環(huán)路34-36
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物34
• 2.1.2 構(gòu)建LE大鼠嗜神經(jīng)病毒追蹤模型34-35
• 2.1.3 組織制備和免疫組化35-36
• 2.1.4 顯微鏡拍照與組織學(xué)結(jié)構(gòu)分析36
• 2.2 LE大鼠皮層下視通路神經(jīng)核團(tuán)精確定位36-38
• 2.3 大鼠皮層下視通路神經(jīng)信號(hào)采集38-48
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)39-40
• 2.3.2 微電極陣列選型40
• 2.3.3 微電極陣列植入手術(shù)40-43
• 2.3.4 神經(jīng)信號(hào)的采集與預(yù)處理43-47
• 2.3.5 皮層下視通路神經(jīng)核團(tuán)植入位置的組織學(xué)驗(yàn)證47-48
• 2.4 本章小結(jié)48-49
• 3 大鼠條件性恐懼視覺聯(lián)結(jié)訓(xùn)練49-67
• 3.1 大鼠條件性恐懼視覺訓(xùn)練系統(tǒng)開發(fā)49-53
• 3.1.1 大鼠條件性恐懼視覺訓(xùn)練系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和參數(shù)要求49-52
• 3.1.2 訓(xùn)練系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)52
• 3.1.3 訓(xùn)練系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)52-53
• 3.2 大鼠條件性恐懼視覺聯(lián)結(jié)訓(xùn)練方案和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)53-57
• 3.2.1 條件性恐懼視覺訓(xùn)練方案53-54
• 3.2.2 條件性恐懼視覺聯(lián)結(jié)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)54
• 3.2.3 恐懼視覺聯(lián)結(jié)訓(xùn)練模式和實(shí)驗(yàn)流程54-57
• 3.3 條件性恐懼視覺訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)范式建立57-64
• 3.3.1 不同訓(xùn)練時(shí)間在大鼠恐懼視覺聯(lián)結(jié)中的行為學(xué)變化58-60
• 3.3.2 不同訓(xùn)練模式對(duì)大鼠恐懼視覺聯(lián)結(jié)中的行為學(xué)影響60-62
• 3.3.3 不同條件刺激時(shí)長(zhǎng)對(duì)大鼠恐懼視覺聯(lián)結(jié)的影響62
• 3.3.4 不同非條件刺激時(shí)長(zhǎng)對(duì)大鼠恐懼視覺聯(lián)結(jié)的影響62-63
• 3.3.5 條件刺激和非條件刺激時(shí)長(zhǎng)交互效應(yīng)對(duì)大鼠恐懼視覺聯(lián)結(jié)的影響63-64
• 3.4 “雙圖”視覺認(rèn)知訓(xùn)練效果驗(yàn)證64-66
• 3.5 本章小結(jié)66-67
• 4 大鼠皮層下視通路神經(jīng)元響應(yīng)特性分析67-105
• 4.1 麻醉狀態(tài)預(yù)測(cè)模型構(gòu)建67-78
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和方法68
• 4.1.2 基于LFP信號(hào)麻醉狀態(tài)預(yù)測(cè)模型構(gòu)建68-76
• 4.1.3 SVM模型的麻醉狀態(tài)預(yù)測(cè)效果分析76
• 4.1.4 麻醉深度對(duì)于視覺刺激實(shí)驗(yàn)的影響76-78
• 4.2 皮層下視通路SC和皮層視通路V1神經(jīng)元特性分析78-90
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和方法78
• 4.2.2 神經(jīng)元時(shí)空RF特性分析78-81
• 4.2.3 朝向選擇性81-83
• 4.2.4 空間頻率SF調(diào)諧特性83-85
• 4.2.5 時(shí)間頻率TF調(diào)諧特性85-86
• 4.2.6 對(duì)比度響應(yīng)86-88
• 4.2.7 反應(yīng)潛伏期88-90
• 4.3 清醒大鼠恐懼視覺形成前后皮層下視通路神經(jīng)元響應(yīng)特性90-103
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和視覺響應(yīng)測(cè)試91-92
• 4.3.2 神經(jīng)元響應(yīng)分析方法92-94
• 4.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果94-103
• 4.4 本章小結(jié)103-105
• 5 皮層下視通路SC和LP的神經(jīng)元集群動(dòng)態(tài)功能連接105-120
• 5.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)采集105-106
• 5.2 神經(jīng)元集群功能連接106-110
• 5.2.1 神經(jīng)元集群網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的功能連接強(qiáng)度106-107
• 5.2.2 神經(jīng)元集群網(wǎng)絡(luò)功能連接107-109
• 5.2.3 提取神經(jīng)元集群網(wǎng)絡(luò)的特征109-110
• 5.3 LP核團(tuán)神經(jīng)元集群功能連接特征動(dòng)態(tài)變化110-115
• 5.3.1 不同視覺刺激下LP神經(jīng)元集群的GPLV差異性111-113
• 5.3.2 “恐懼”視覺刺激水平對(duì)LP集群網(wǎng)絡(luò)特征的影響113-115
• 5.4 SC神經(jīng)元集群功能連接特性動(dòng)態(tài)變化115-118
• 5.4.1 不同視覺刺激下SC神經(jīng)元集群GPLV的變化規(guī)律115-117
• 5.4.2 “恐懼”視覺刺激水平對(duì)SC集群網(wǎng)絡(luò)特征的影響117-118
• 5.5 本章小結(jié)118-120
• 6 恐懼視覺信息在兩條視通路多腦區(qū)間的功能連接與交互120-135
• 6.1 恐懼視覺信息認(rèn)知實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)采集120-123
• 6.2 腦區(qū)間的交互作用分析123-127
• 6.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析127-133
• 6.3.1 皮層下視通路SC→LP的單向功能連接127-129
• 6.3.2 皮層視通路V1區(qū)和皮層下視通路SC神經(jīng)核團(tuán)的交互作用129-131
• 6.3.3 皮層視通路V1區(qū)對(duì)皮層下視通路LP的單向作用131-133
• 6.4 本章小結(jié)133-135
• 7 總結(jié)與展望135-139
• 7.1 總結(jié)135-137
• 7.2 未來工作展望137-139
• 參考文獻(xiàn)139-149
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果149-151
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷149
• 發(fā)表學(xué)術(shù)論文149-150
• 主持或參與的科研項(xiàng)目150-151
• 致謝151-152

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本文編號(hào)：1067992