腦自發(fā)低頻振蕩的神經(jīng)代謝機(jī)制研究.pdf

1、本文以微電極陣列、激光多普勒血流儀和內(nèi)源光學(xué)功能成像為觀測手段，研究了大鼠皮層自發(fā)低頻振蕩（low-frequency oscillation, LFO）的神經(jīng)代謝機(jī)制，并觀測了視覺刺激對自發(fā)LFO的時空調(diào)制現(xiàn)象。另外，對短時后肢電刺激引起的負(fù)信號的神經(jīng)代謝機(jī)制進(jìn)行了探索。自發(fā)LFO和負(fù)信號的神經(jīng)代謝機(jī)制是神經(jīng)血管耦合研究范疇的重要主題。這些研究工作對深入厘清大腦功能信號成分、理解大腦內(nèi)在運(yùn)作機(jī)制具有重要意義。本文主要研究工作及其貢獻(xiàn)概

2、括如下：
　　自發(fā) LFO的多模態(tài)觀測。以往，研究者對自發(fā) LFO的觀測多集中于血液動力學(xué)層面。本文使用三種技術(shù)手段包括微電極陣列、激光多普勒血流儀和內(nèi)源光學(xué)功能成像對麻醉大鼠體感和視覺皮層的自發(fā)LFO進(jìn)行了觀測和記錄，既獲得了血容量、脫氧血紅蛋白和血流速度等血液代謝信號，也得到了局部場電位和神經(jīng)元放電序列等神經(jīng)活躍性電信號。通過多窗口譜估計(jì)方法，發(fā)現(xiàn)在這些信號中均存在廣泛的自發(fā)LFO。在神經(jīng)活躍性信號中記錄到的自發(fā)LFO豐富和擴(kuò)

3、展了以往對自發(fā)LFO的觀測。另外，本文還實(shí)現(xiàn)了微電極陣列與激光多普勒血流儀的同時觀測，這為研究自發(fā)LFO的神經(jīng)代謝機(jī)制提供了必要的條件。
　　自發(fā)LFO的格蘭杰因果分析。本文使用格蘭杰因果模型分析了大鼠體感和視覺皮層血流速度、局部場電位和神經(jīng)元放電序列三者之間的因果關(guān)系。這三種信號由激光多普勒血流儀和微電極陣列同時記錄得到。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在0.1Hz附近，三者有顯著的因果關(guān)系，局部場電位和神經(jīng)元放電序列是因，血流速度是果。而且，局部場電

4、位與血流之間的因果關(guān)系強(qiáng)度要大于神經(jīng)元放電序列與血流之間的因果關(guān)系強(qiáng)度。這些結(jié)果說明，自發(fā)LFO有可能來源于神經(jīng)活躍性特別是局部場電位。據(jù)我們所知，該研究第一次探求了血流、局部場電位和神經(jīng)元放電序列之間的格蘭杰因果關(guān)系，并發(fā)現(xiàn)在0.1Hz附近神經(jīng)活躍性與血液動力學(xué)信號之間有顯著的格蘭杰因果關(guān)系，神經(jīng)活躍性特別是局部場電位是LFO生成的原因。該結(jié)果有可能為自發(fā)LFO來源于神經(jīng)活躍性這一觀點(diǎn)提供支持，從而進(jìn)一步為靜息態(tài) fM RI研究提供理

5、論依據(jù)。
　　視覺刺激對自發(fā) LFO的時空調(diào)制。研究刺激對自發(fā) LFO的時空調(diào)制現(xiàn)象，對于探索LFO的起源和揭示其與大腦功能的聯(lián)系有重要意義。本文利用單眼LED閃光作為視覺輸入，觀測了其對內(nèi)源光學(xué)功能成像信號中自發(fā)LFO的時空調(diào)制，發(fā)現(xiàn)兩個現(xiàn)象：一是刺激使自發(fā)LFO的振蕩節(jié)律加快，二是刺激使大范圍腦區(qū)的自發(fā)LFO相位收斂。另外，刺激對自發(fā)LFO的調(diào)制作用是參數(shù)依賴的，即調(diào)制作用只在一定范圍的刺激頻率或強(qiáng)度下出現(xiàn)，而且頻率參數(shù)的調(diào)制

6、作用比強(qiáng)度參數(shù)的調(diào)制作用更明顯。這些結(jié)果表明，自發(fā)LFO可以被參數(shù)依賴的閃光刺激所調(diào)制，視覺刺激范式在探索LFO的起源和功能方面可能具有潛在意義。
　　負(fù)血液動力學(xué)響應(yīng)信號的神經(jīng)代謝機(jī)制研究。目前，對負(fù)血液動力學(xué)響應(yīng)信號（簡稱負(fù)信號）神經(jīng)代謝機(jī)制的研究，報道還不多而且爭議很大。人們通常把負(fù)信號解釋為神經(jīng)活躍性的減小即神經(jīng)去激活。本文使用內(nèi)源光學(xué)功能成像技術(shù)觀測短時后肢電刺激引發(fā)的正信號區(qū)域附近的負(fù)信號，并使用微電極陣列記錄了負(fù)信號