基于同步似然方法研究大鼠在工作记忆中局部场电位θ分量的功能性连接特性

发布时间：2017-10-11 07:10

  本文关键词：基于同步似然方法研究大鼠在工作记忆中局部场电位θ分量的功能性连接特性

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【摘要】：研究目的： 本论文应用同步似然分析方法(Synchronization likelihood, SL),研究大鼠在工作记忆过程中,前额叶皮层多通道局部场电位(Local Field Potentials, LFPs)的0分量的功能性连接特性。应用LFPs θ分量通道间的同步似然矩阵、聚集系数Cp和特征路径长度Lp,定量描述大鼠在工作记忆过程中LFPs及其特征频段0分量的功能性连接特性,为研究工作记忆的神经信息连接机制提供计算支持。 研究方法： 1.实验数据：SD大鼠在Y迷宫工作记忆过程和静息状态下前额叶皮层16通道原始记录数据,由天津医科大学神经工程实验室提供10次实验原始数据以及静息状态的10次实验数据。 2.数据预处理：对16通道数据进行低通滤波(0.5～500Hz),得到的低通信号为16通道LFPs。经过去工频干扰和去基线漂移后,得到零均值的16通道LFPs。 3.应用短时傅里叶变换(Short Time Fourier Transform, STFT)对16个通道的LFPs进行时频分析,计算16通道LFPs的能量在不同时频域的分布。移动窗口大小及移动步长：窗口大小为l00ms,移动步长为25ms。 4.提取16通道LFPs的特征频段分量：0分量,应用同步似然法分析LFPs的θ分量之间的连接,获得工作记忆和静息状态下同步似然矩阵。 5.对每只大鼠计算10次实验的聚集系数平均值Cp和特征路径长度平均值Lp,与静息状态下的平均值Cp、Lp分别进行比较。 6.应用同步似然矩阵和Cp、Lp,研究大鼠在工作记忆状态下LFPs θ分量通道间的功能性连接。 研究结果： 本论文研究了大鼠工作记忆状态下16通道LFPsθ分量的同步似然矩阵和描述LFPs的功能连接参数Cp、Lp,研究结果如下： 1.时频分析结果：在工作记忆状态下LFPs能量场主要集中在0频段(4-12Hz)和Y频段(30-100Hz),其中γ频段在高于70HZ以上基本没有能量分布,该频段只有大部分通道在工作记忆过程中有功能性连接。故本文将集中研究LFPs9分量在工作记忆过程中的功能性连接特性,并在讨论部分对γ分量在工作记忆过程中的功能性连接的作用进行分析。根据同步似然分析,得到4只大鼠LFPs θ分量各10次实验的平均MSL,即每只大鼠通道间平均同步似然矩阵。1号大鼠MSL矩阵中S的平均值为工作记忆过程中Sp=0.6675±0.0612,静息状态下Sp=0.5243±0.0490。2号大鼠MSL矩阵工作记忆过程中Sp=0.6842±0.0596,静息状态下Sp=0.5705±0.0443。3号大鼠MSL矩阵工作记忆过程中Sp=0.6529±0.0533,静息状态下Sp=0.5003±0.0402。4号大鼠MSL矩阵工作记忆过程中Sp=0.6324±0.0407,静息状态下Sp=0.4465±0.0339。工作记忆过程的同步似然值明显高于静息状态下同步似然值,可见工作记忆过程中LFPs通道间功能性连接更紧密。 2.工作记忆过程和静息状态下Cp的比较： 1号大鼠LFPs θ分量工作记忆状态下Cp=0.2293±0.0263,静息状态下Cp=0.1207±0.0288,对Cp进行t检验(P0.05)。2号大鼠工作记忆状态下Cp=0.2305±0.0265,静息状态下Cp=0.1028±0.0228(P0.01)。3号大鼠工作记忆状态下Cp=0.2179+0.0238,静息状态下Cp=0.1070±0.0173(P0.01)。4号大鼠工作记忆状态下Cp=0.2047±0.0235,静息状态下Cp=0.0956±0.0205(P0.05)。4只大鼠工作记忆过程LFPs θ分量平均Cp=0.2206±0.0263,明显高于静息状态平均Cp=0.1065±0.0237。 3.工作记忆过程和静息状态下Lp的比较： 1号大鼠LFPs θ分量工作记忆状态下Lp=1.3018±0.1414,静息状态下Lp=2.9026±0.1453,对Lp进行t检验(P0.05)。2号大鼠工作记忆状态下Lp=1.2610±0.1311,静息状态下Lp=2.8782±0.1846(P0.01)。3号大鼠工作记忆状态下Lp=1.3202±0.1277,静息状态下Lp=2.9282±0.2223(P0.01)。4号大鼠工作记忆状态下Lp=1.3608±0.1268,静息状态下Lp=3.0226±0.4614(P0.05)。4只大鼠工作记忆过程LFPs θ分量平均Lp=1.3110±0.1318,明显低于静息状态平均Lp=2.9329±0.2763。 4.工作记忆过程和静息状态下同步似然矩阵比较,工作记忆过程中LFPsθ分量功能性连接显著大于静息状态。 1号大鼠工作记忆过程中S值高于T值的通道有5个,静息状态下S值高于T值的通道有1个。 2号大鼠工作记忆过程中S高于T值的通道有7个,静息状态下S值高于T值的通道有2个。 3号大鼠工作记忆过程中S值高于T值的通道有4个,静息状态下S值高于T值的通道有2个。 4号大鼠工作记忆过程中S值高于T值的通道有4个,静息状态下S值高于T值的通道有1个。 研究结论： 1.大鼠工作记忆时LFPs能量分布集中于θ频段,LFPs的特征分量是θ分量。 2. LFPs9分量工作记忆过程中的聚集系数Cp值明显高于静息状态,工作记忆过程中特征路径长度Lp值明显低于静息状态,说明在工作记忆过程中LFPs的功能性连接强。
【关键词】：大鼠 工作记忆 多通道局部场电位 θ分量 同步似然分析 功能性连接
【学位授予单位】：天津医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R338
【目录】：

• 中文摘要4-7
• Abstract7-12
• ~.略语/符号说明12-13
• 一、前言13-20
• 1.1 研究背景13-18
• 1.1.1 脑功能连接14-16
• 1.1.2 LFPs数据分析方法16-18
• 1.2 研究目的18
• 1.3 研究内容和论文结构18-19
• 1.3.1 本论文的研究内容18
• 1.3.2 本论文的结构18-19
• 1.4 本论文的创新点19-20
• 二、原理与方法20-30
• 2.1 实验数据21-22
• 2.2 前额叶皮层LFPs实验数据的预处理22-26
• 2.3 前额叶皮层LFPs的时频分析26-27
• 2.4 研究LFPsθ分量的同步似然矩阵与二值矩阵27-28
• 2.4.1 LFPsθ分量同步似然(SL)分析方法27-28
• 2.4.2 LFPsθ分量的二值矩阵28
• 2.5 计算功能性连接参数28-29
• 2.6 统计学处理方法29-30
• 三、结果30-52
• 3.1 大鼠工作记忆过程中LFPs时频分布30-34
• 3.2 多通道LFPsθ分量同步似然矩阵、二值矩阵与功能性连接参数34-43
• 3.2.1 多通道LFPsθ分量同步似然矩阵34-36
• 3.2.2 多通道LFPsθ分量的二值矩阵36-37
• 3.2.3 多通道LFPsθ分量功能性连接参数Cp和Lp37-43
• 3.3 多通道LFPsγ分量同步似然矩阵、二值矩阵与功能性连接参数43-52
• 3.3.1 多通道LFPsγ分量同步似然矩阵43-45
• 3.3.2 多通道LFPsγ分量的二值矩阵45-46
• 3.3.3 大鼠额叶皮层LFPsγ分量功能性连接参数Cp和Lp46-52
• 四、结论与讨论52-55
• 4.1 结论52-53
• 4.2 讨论53-55
• 4.2.1 阈值T的选取53-54
• 4.2.2 关于LFPsγ分量的结果探讨54-55
• 参考文献55-61
• 发表论文和参加科研情况说明61-62
• 综述62-80
• 综述参考文献76-80
• 致谢80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

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本文编号：1011153