适应性电流调控下视网膜神经节细胞及电突触连接神经元网络活动特性的研究

发布时间：2019-10-16 08:27

【摘要】：适应性是神经系统中广泛存在的一种动态现象,它的典型表现为:随着刺激的持续进行,神经元会不断地调整自身的放电频率(主要表现为频率的逐渐降低)。之前的研究指出,适应性在神经元编码外界刺激的过程中扮演着非常重要的作用,如:调节神经元对输入刺激的选择性、降低信息编码中的冗余度等。但关于适应性在神经信息处理过程中的作用仍存在很多不清楚的地方,如:能否以及如何对神经元不同放电模式的产生做贡献?是否以及怎样对神经元网络群体编码方式做调节?适应性的产生机制有很多,主要分为内在机制(离子电流)和外在机制(突触输入)两种。本论文的工作从内在机制入手,利用计算模型的方法,并结合之前报道的一些实验结果,分别研究了适应性电流(即对适应性放电的产生起关键性作用的离子电流)对视网膜神经节细胞内源性放电活动的产生以及对电突触连接的神经元网络群体同步化活动的调控作用。论文的工作主要分为两大部分。第一部分的工作主要是以单个视网膜神经节细胞为考察对象。首先,提出改进的离子通道模型,研究了适应性电流在单个神经节细胞内源性放电产生过程中的作用。然后,根据改进的模型并结合已报道的模型,比较了具有不同内在机制的神经节细胞在编码外界刺激时所展现出的不同的兴奋性特征。第二部分的工作主要是利用图论的方法,对神经元群体之间电突触网络的连接情况进行分析,并构造了几种典型的电突触网络,研究了具有不同程度适应性放电的神经元所形成的网络在群体活动方面的差异。主要结果包括:(1)模型验证了视网膜神经节细胞膜上存在的两种离子电流:慢性失活的钠离子电流和延迟整流的钾离子电流,都参与了对神经节细胞适应性放电活动的调节。此外,这两种适应性电流的共同作用与神经节细胞两种内源性放电活动(tonic和phasic)的产生具有特定的相关性。(2)呈现不同内源性放电活动的三种神经节细胞分别具有Hodgkin的三类兴奋性特征。另外,对于周期性刺激,不同神经节细胞会表现出有差异但互补的编码方式。(3)神经元群体之间的电突触连接可以近似地用小世界网络来描述。此外,适应性因素的存在会减弱网络中成对神经元之间的相关性,而对神经元群体的同步化活动则表现出非单调的调节方式:弱的适应性会降低神经元的群体同步化活动,而强的适应性会维持神经元的群体同步化活动。进一步的结果显示,适应性因素的存在会促使网络中神经元由单峰样放电向簇发样放电的转变。本论文的创新点在于:揭示了慢性失活的钠离子电流和延迟整流的钾离子电流在视网膜神经节细胞tonic和phasic型放电活动产生过程中的调节作用;揭示了三种具有内源性差异的神经节细胞分别对应三类不同的兴奋性特征,表明内源性机制参与了神经节细胞在编码刺激方式上的差异;在神经元群体活动层面上,具有不同程度适应性放电的神经元所形成的电突触连接网络,其群体活动模式有着明显的差异,提示了神经元网络通过不同的群体编码方式来实现对信息的有效处理。这些结果进一步地表明,适应性电流在神经信息编码过程中的重要调节作用。
【图文】：

响应曲线,神经元放电,适应性,有效源

学位论文特的编码方式，适应性在神经信息处理中的作用受到层面上，适应性的存在可以调节神经元对输入刺激的同统计成分的动态处理[7-9]、对神经元响应曲线的有效源性放电行为产生过程中的贡献[13-14]等。而在神经元以调节神经元群体放电活动的变异性[15-16]、降低神经信息的快速传递和编码的有效性[19-21]、以及参-25]等。

视觉通路,视觉信息

即：适应性电流的相关调控作用上。之所以集因为神经元的前级网络十分复杂，具体形成的连接单因素的分析往往需要做很大的简化，而内在电流结构与视觉信息通路中，视网膜是视觉信息处理的第一站。外界光信号收，将视觉信息转换成神经元的电信号，然后在视程和无衰减传递的动作电位串，最后通过神经节细（optic tract），把信息传送至丘脑的外侧膝状体（并进而通过视放射（optic radiations）的方式，将信皮层以及其它更高级的视觉中枢（图2）。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R774.1

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