本文關鍵詞：工作記憶動作電位主分量網(wǎng)絡連接特性的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：研究目的： 工作記憶是重要的認知功能之一,前額葉皮層是工作記憶關鍵腦區(qū)。通過Granger因果和主成分分析方法,在低維空間描述大鼠工作記憶任務前額葉皮層動作電位PC (Principal components)主分量因果連接。由因果值倒數(shù)構建主分量因果網(wǎng)絡,計算動作電位PC主分量因果網(wǎng)絡信息傳遞效率。為研究工作記憶的腦網(wǎng)絡機制提供思路和方法。 研究方法： 1.實驗數(shù)據(jù)：6只大鼠在Y迷宮工作記憶任務過程中,從前額葉皮層多通道記錄數(shù)據(jù),經(jīng)過高通濾波,鋒電位檢測,鋒電位分離獲取動作電位序列。 2.動作電位序列的連續(xù)化：應用瞬時頻率法實現(xiàn)離散點電位動作電位時間序列的連續(xù)化。 3.構建低維主分量空間：應用主分量分析方法(Principal components analysis,PCA),計算神經(jīng)元群體動作電位時空序列的各個主分量,從中選取占能量80%以上的若干主分量,構建低維的主分量空間。 4.計算主分量因果值：應用Granger時域分析方法,分別計算6只大鼠各10次以上工作記憶動作電位主分量的因果值矩陣,并計算因果值的平均值(Granger causality, GCpc)。 5.構建主分量因果網(wǎng)絡,基于因果值倒數(shù)為最短路徑構建因果網(wǎng)絡,計算網(wǎng)絡的信息傳遞效率(Global efficiency, Epc) 6.由工作記憶任務過程GCPc與EPc的動態(tài)變化,分析工作記憶的功能連接與腦網(wǎng)絡的動態(tài)特性。 研究結果： 1.工作記憶動作電位序列的連續(xù)化 在Y迷宮工作記憶任務過程中,前額葉皮層在體植入多通道電極,記錄到多通道數(shù)據(jù),經(jīng)過高通濾波,鋒電位檢測,鋒電位分離獲取動作電位序列,進而通過瞬態(tài)頻率法得到動作電位的連續(xù)序列。以1號大鼠1次工作記憶任務為例,顯示原始數(shù)據(jù),高通濾波后數(shù)據(jù),鋒電位檢測得到多通道時間序列和鋒電位分離后的動作電位時間序列。 2.構建低維主分量空間 應用PCA,計算神經(jīng)元群體動作電位的各個主分量,從中選取占能量80%以上的前7主分量,構建低維的PC主分量空間。前7主成分分量占1號大鼠連續(xù)序列全部能量的83.0%,2號大鼠連續(xù)序列全部能量的82.1%,3號大鼠連續(xù)序列全部能量的91.4%,4號大鼠連續(xù)序列全部能量的81.4%,5號大鼠連續(xù)序列全部能量的82.6%,6號大鼠連續(xù)序列全部能量的96.3%。應用Granger時域分析,本論文計算6只大鼠各10次工作記憶動作電位前7動作電位PC主分量的因果連接。 3.工作記憶任務動作電位和動作電位PC主分量因果連接 3.1動作電位PC主分量因果值的動態(tài)變化 分別計算6只大鼠各10次以上工作記憶過程Ao到A5(工作記憶行為學參考點前4s到后2s)動作電位PC主分量因果值得平均值GCPc。因果值是動態(tài)變化,最大值依次為：0.031±0.005、0.041±0.007、0.033±0.006、0.031±0.005、0.027±0.003、0.051±0.016,出現(xiàn)在工作記憶行為學參考點前2s(1號,2號和3號大鼠),或在工作記憶行為學參考點前1s(4號,5號和6號大鼠)。其A0動作電位PC因果值分別為：0.023±0.006、0.011±0.005、0.020±0.005、0.011±0.005、0.020±0.005、0.013±0.004。6只大鼠峰值和A0狀態(tài)的動作電位PC因果值都有顯著差異(t檢驗,p0.05)。 3.2動作電位PC主分量因果網(wǎng)絡信息傳遞效率的動態(tài)變化 動作電位PC主分量因果值的倒數(shù)為路徑長度建立因果網(wǎng)絡。分別計算6只大鼠各10次以上工作記憶過程A0到A5(工作記憶行為學參考點前4s到后2s)動作電位PC主分量因果網(wǎng)絡的信息傳遞效率的平均值EPc。信息傳遞效率是動態(tài)變化,最大值依次為：0.63±0.04、0.55±0.04、0.54±0.07、0.50±0.05、0.51±0.04、0.66±0.09,出現(xiàn)在工作記憶行為學參考點前2s(1號,2號和3號大鼠),或在工作記憶行為學參考點前1s(4號,5號和6號大鼠)。其A0動作電位PC因果網(wǎng)絡信息傳遞效率分別：0.36±0.07、0.26±0.06、0.244±0.07、0.22±0.06、0.25±0.04、0.35±0.08。6只大鼠峰值和A0狀態(tài)的動作電位PC因果網(wǎng)絡信息傳遞效率都有顯著差異(t檢驗,p0.05)。 3.3工作記憶任務動作電位的因果連接和信息傳遞效率 動作電位PC主分量作比較,分別計算動作電位在6只大鼠各10次以上工作記憶過程A0到A5因果值GC。動作電位因果值的倒數(shù)作為路徑長度建立因果網(wǎng)絡。計算工作記憶任務每1s動作電位因果網(wǎng)絡的信息傳遞效率E。GC和E在工作記憶任務過程是動態(tài)變化的,從小上升到最大后下降,GC、E、GCPc和EPC最大值出現(xiàn)時間一致。分別計算6只大鼠因果值和因果網(wǎng)絡信息傳遞效率在峰值與A0狀態(tài)的統(tǒng)計差異：1,2,3和4號大鼠峰值與A0狀態(tài)的動作電位因果值有顯著差異(t檢驗,p0.05)。6只大鼠峰值與Ao狀態(tài)的動作電位PC主分量因果值有顯著差異(t檢驗,p0.05)。除了1號鼠,其他5只大鼠峰值與Ao狀態(tài)的動作電位因果網(wǎng)絡信息傳遞效率有顯著差異(t檢驗,p0.05)。6只大鼠峰值與Ao狀態(tài)的動作電位PC主分量因果網(wǎng)絡信息傳遞效率都有顯著差異(t檢驗,p0.05)。峰值狀態(tài)動作電位PC主分量的因果值與因果網(wǎng)絡信息傳遞效率6只大鼠都顯著高于動作電位(t檢驗,p0.05) 結論： 1.在動作電位PC主分量的因果值與因果網(wǎng)絡信息傳遞效率工作記憶任務過程變化趨勢都與動作電位相同,最大值出現(xiàn)在同一時刻。并非全部大鼠動作電位工作峰值與A0狀態(tài)因果值與因果網(wǎng)絡信息傳遞效率有顯著差異。6只大鼠峰值與A0狀態(tài)動作電位PC主分量因果值與因果網(wǎng)絡信息傳遞效率有顯著差異。在低維的主分量空間,能夠有效描述工作記憶功能連接。 2.工作記憶任務過程功能連接是動態(tài)變化,是逐漸上升到最大值再下降的趨勢。緊密的功能連接與高的網(wǎng)絡信息傳遞效率出現(xiàn)在工作記憶狀態(tài)(在工作記憶行為學參考點前2s(1號,2號和3號大鼠),或在工作記憶行為學參考點前1s(4號,5號和6大鼠)),即Y迷宮任務臂選擇行為之前。
【關鍵詞】：工作記憶 動作電位時空序列 功能連接 主分量 網(wǎng)絡信息傳遞效率
【學位授予單位】：天津醫(yī)科大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：R338
【目錄】：

• 中文摘要4-7
• Abstract7-11
• 目錄11-13
• 縮略語/符號說明13-14
• 一、前言14-19
• 1.1 研究背景14-17
• 1.1.1 老年癡呆癥與工作記憶障礙14
• 1.1.2 腦功能連接網(wǎng)絡研究現(xiàn)狀與進展14-15
• 1.1.3 Granger因果分析15-16
• 1.1.4 主分量分析16-17
• 1.2 研究目的17
• 1.3 研究內容17-18
• 1.4 研究的創(chuàng)新點18-19
• 二、原理與方法19-29
• 2.1 實驗數(shù)據(jù)20-22
• 2.1.1 大鼠Y迷宮工作記憶任務20-21
• 2.1.2 動作電位時空序列的獲取21-22
• 2.2 應用瞬態(tài)頻率法實現(xiàn)動作電位時間序列連續(xù)化22-23
• 2.3 Granger因果值與網(wǎng)絡信息傳遞效率23-26
• 2.3.1 Granger因果值23-25
• 2.3.2 構建工作記憶因果網(wǎng)絡,計算網(wǎng)絡信息傳遞效率25-26
• 2.4 動作電位時空序列的主分量26-29
• 三、結果29-43
• 3.1 動作電位的連續(xù)化29-31
• 3.1.1 動作電位時空序列29-31
• 3.1.2 連續(xù)化的動作電位時空序列31
• 3.2 工作記憶動作電位及動作電位PC主分量的因果連接動態(tài)變化31-36
• 3.2.1 工作記憶動作電位因果連接動態(tài)變化31-33
• 3.2.2 工作記憶動作電位的PC主分量33-34
• 3.2.3 工作記憶動作電位PC主分量因果連接動態(tài)變化34-36
• 3.3 工作記憶動作電位及其PC主分量的因果連接矩陣與統(tǒng)計分析36-39
• 3.3.1 動作電位因果連接矩陣36-37
• 3.3.2 動作電位PC主分量因果連接矩陣37-38
• 3.3.3 動作電位與其PC主分量因果連接統(tǒng)計分析38-39
• 3.4 工作記憶動作電位PC主分量因果網(wǎng)絡的信息傳遞效率39-43
• 3.4.1 工作記憶任務過程因果網(wǎng)絡的信息傳遞效率39-41
• 3.4.2 動作電位與其PC主分量因果網(wǎng)絡信息傳遞效率統(tǒng)計分析41-43
• 四、結論與討論43-48
• 4.1 結論43-44
• 4.2 討論44-48
• 4.2.1 工作記憶行為錯誤狀態(tài)下因果連接與信息傳遞效率44-47
• 4.2.2 主成分分析描述工作記憶任務功能連接的優(yōu)勢47-48
• 參考文獻48-54
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明54-55
• 綜述55-66
• 綜述參考文獻61-66
• 致謝66

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