在感觉信息分辨过程中视觉信号对听皮层神经元反应的调制

发布时间：2020-04-18 22:41

【摘要】：在神经系统中,不同模态的感觉信息之间可以发生相互影响,但是我们对之了解非常有限,这其中,尤其是对感觉皮层(如听、视皮层等)在这一复杂过程中作用的认识更为有限。本研究中我们采用多通道神经信号记录技术,在自由活动且完成感知觉分辨任务的大鼠听皮层上,通过记录神经元对感觉刺激(听、视以及视-听联合刺激)的反应,深入研究视觉信号对听皮层神经元反应的调制。首先研究在对听觉信息进行分辨的任务中,视觉信息如何调制神经元对不同听刺激的反应,在这个任务中动物需要触发一个目标刺激(高频声、低频声、高频声+闪烁光、低频声+闪烁光)然后进行方位选择,结果显示经过大约两个月的训练,动物即可较好地学会这个任务。通过记录并分析动物在完成感知任务时对不同目标刺激的反应,结果显示记录到的大部分听皮层神经元可对目标声刺激表现出较好的偏好性(即对高频声和低频声的反应存在着显著的不同),这一神经元的比例远高于动物处于麻醉状态时,提示在完成感知任务过程中更多的神经元参与对听信息的分辨;在这个任务中,视-听联合刺激中的视觉部分未提供任何与任务选择相关的线索,但是却极大地影响了神经元的听反应,这种影响主要是通过差异化的调制模式实现的,即对神经元偏好听刺激的反应有易化作用,而对非偏好听刺激的反应没有明显的调制作用或有抑制作用。通过这一调制模式增强了神经元对相关刺激的分辨,同时通过这种差异化的调制,还可使部分对目标声刺激没有分辨能力的神经元,在分辨视-听联合刺激时(高频声+闪烁光vs.低频声+闪烁光)展现出较高的分辨能力。但是这一调制模式受到任务情景(task-context)的极大影响,如果在上述任务中,加入一个单纯的视觉刺激(即闪烁光)作为另一个目标刺激,增加任务的复杂性,会造成视觉信息对听反应调制模式的改变。在较多的神经元中,视觉信息会抑制而不是易化优势听反应,导致神经元对目标视-听联合刺激的分辨性下降,但是单个视觉刺激的加入并没有影响神经元对目标声刺激的分辨。因此在这个任务中,能对两个目标视-听联合刺激进行显著分辨的神经元数量反而少于可对两个目标声刺激进行分辨的神经元数量。这一结果显示不同感觉模态之间的相互作用受到感知任务的复杂程度以及其它干扰因素的极大影响。在上述实验过程中,我们还发现,动物在感知任务过程中对目标声刺激的反应较低。因此我们做了一些额外的实验,发现神经元对目标声刺激的反应要远小于在频谱上与之临近的非目标声刺激的反应。这一反应模式只在感知任务时才表现,在麻醉时未被观察到,也与动物完成行为操作无关,可能与注意等机制密切相关。通过在大鼠听皮层开展的这项研究,将有助于我们重新认识感觉皮层在跨模态信息感知过程中的功能,为系统阐明大脑多感觉信息处理的神经机制提供重要实验依据。值得一提的是,我们的实验是在大鼠自由活动并完成感知任务的状态下进行的,实验结果将能更好地反映大脑信息处理的机理。
【图文】：

装置图,装置图,行为,行为学

2019 届华东师范大学硕士学位论文Sound Pressure Level (SPL)，，训练过程中外界环境声音的强度约 40~45dB。在放置喇叭的正上方距离底面 4cm 处安装一个 LED 灯，光刺激采用 LED 闪烁光，强度为 5~7cd/m2。自动化训练过程中刺激的给定由数据采集卡(NI 6001, NationalInstruments)和 Matlab(2015b)软件编码的脚本程序共同控制。记录装置：实验数据的采集主要包括行为学数据和电生理数据两方面。行为学数据主要由 Matlab(2015b)软件编写的脚本程序通过数据采集卡(NI 6001,National Instruments)和 U 型槽红外线传感器共同采集。电生理数据由 INTAN 放大器(Intan technologies)和数据采集卡(NI 6001, National Instruments)共同采集。

示意图,电极,铜网,通道

2019 届华东师范大学硕士学位论文后用焊烙铁将铜网和铜丝焊接紧密。再将制备好的牙科水泥涂抹进铜网内部除极以外的部位，使铜网内部充满牙科水泥起到固定作用。最后取一根直径为mm、长为 6cm 的不锈钢管，用热熔胶使其固定在铜网外侧，与排母垂直，并电极管平行。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q42

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