豚鼠空間分辨認(rèn)知過(guò)程背側(cè)海馬腦電及神經(jīng)元放電研究.pdf

1、空間學(xué)習(xí)記憶是檢測(cè)空間定向、反應(yīng)時(shí)間、視知覺(jué)和結(jié)構(gòu)應(yīng)用等能力，從而評(píng)價(jià)其認(rèn)知水平的一種行為模式，是一類關(guān)于場(chǎng)景和事件的學(xué)習(xí)記憶?，F(xiàn)已廣泛認(rèn)為海馬在空間學(xué)習(xí)記憶中的作用是重要的。這些結(jié)果多來(lái)自于對(duì)海馬位置細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)及海馬損傷所造成的空間認(rèn)知缺陷的研究。但對(duì)于動(dòng)物處于固定位置時(shí)海馬中單個(gè)細(xì)胞對(duì)所處環(huán)境空間內(nèi)容信息的編碼以及在空間學(xué)習(xí)記憶過(guò)程中海馬腦電特征的研究甚少。本實(shí)驗(yàn)采用空間分辨認(rèn)知模型研究動(dòng)物在空間分辨學(xué)習(xí)中海馬神經(jīng)元及海馬腦電的

2、變化，探討海馬在空間信息編碼及空間學(xué)習(xí)記憶的作用。 業(yè)已證明，神經(jīng)系統(tǒng)是由大量非線性元件通過(guò)廣泛連接所構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)，具有動(dòng)力學(xué)變化特性。所以非線性分析方法更適合研究認(rèn)知過(guò)程中大腦神經(jīng)元功能活動(dòng)以及包含了大量非線性單元結(jié)構(gòu)活動(dòng)信息的腦電的變化規(guī)律。線性和非線性理論分析方法的結(jié)合，有助于探討中樞神經(jīng)系統(tǒng)信息編碼的動(dòng)力學(xué)機(jī)制，從而為揭示腦認(rèn)知活動(dòng)的基本規(guī)律提供有益的啟示。 本研究分兩部分：一、同步采集清醒豚鼠背側(cè)海馬腦電及神

3、經(jīng)元自發(fā)放電序列，分析背側(cè)海馬CA1、CA3區(qū)神經(jīng)元自發(fā)放電特點(diǎn)及其差異性，總結(jié)正常情況下豚鼠背側(cè)海馬中兩類神經(jīng)元(錐體細(xì)胞和中間神經(jīng)元)及腦電的一般電生理特性；二、建立豚鼠空間分辨認(rèn)知模型，結(jié)合線性和非線性理論分析方法，觀察海馬中不同神經(jīng)元放電及腦電在空間分辨主動(dòng)與被動(dòng)認(rèn)知過(guò)程中的變化特點(diǎn)，以揭示海馬神經(jīng)元在空間分辨認(rèn)知中的作用及海馬腦電與腦功能狀態(tài)的關(guān)聯(lián)。 主要結(jié)果如下：一、豚鼠海馬神經(jīng)元及海馬腦電的一般電生理特點(diǎn)海馬錐體細(xì)

4、胞與中間神經(jīng)元可依據(jù)放電頻率、動(dòng)作電位時(shí)程和形式加以區(qū)別：錐體細(xì)胞動(dòng)作電位時(shí)程長(zhǎng)，通常大于1.2ms，平均放電頻率小于10Hz，放電形式為簡(jiǎn)單峰電位，也可出現(xiàn)由2～10個(gè)動(dòng)作電位組成的復(fù)合峰電位；中間神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢粫r(shí)程短，通常小于1.2ms，平均放電頻率大于10Hz，放電形式為簡(jiǎn)單峰電位； CA1、CA3區(qū)海馬神經(jīng)元比較：清醒豚鼠背測(cè)海馬CA1、CA3區(qū)錐體細(xì)胞和中間神經(jīng)元自發(fā)放電平均頻率、復(fù)雜度等指標(biāo)皆無(wú)顯著差別。 在

5、自發(fā)狀態(tài)下，海馬腦電存在明顯的θ節(jié)律，提示可能與豚鼠清醒制動(dòng)的狀態(tài)有關(guān)。 二、空間分辨認(rèn)知與海馬神經(jīng)元放電及腦電變化1.豚鼠海馬錐體細(xì)胞與空間分辨認(rèn)知本實(shí)驗(yàn)對(duì)被動(dòng)認(rèn)知組的研究發(fā)現(xiàn)，豚鼠海馬中存在對(duì)陽(yáng)性燈有反應(yīng)的錐體細(xì)胞，提示這些錐體細(xì)胞可能編碼的是環(huán)境線索和感覺(jué)刺激信息。主動(dòng)認(rèn)知組的研究發(fā)現(xiàn)，錐體細(xì)胞在認(rèn)知狀態(tài)下的放電頻率以及復(fù)雜度都與被動(dòng)組被動(dòng)認(rèn)知下的有顯著性差異(P＜0.05)，而在自發(fā)狀態(tài)下，兩組無(wú)顯著性差異(P＞0.05

6、)；同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)參與對(duì)陽(yáng)性燈反應(yīng)的細(xì)胞數(shù)目比例增多(與被動(dòng)組相比，有顯著性意義，P＜0.05)，提示海馬錐體細(xì)胞動(dòng)力學(xué)特征的改變是與學(xué)習(xí)記憶以及空間分辨相關(guān)的。對(duì)陽(yáng)性燈有反應(yīng)的錐體細(xì)胞放電改變表現(xiàn)為陽(yáng)性燈瞬時(shí)頻率正相關(guān)、負(fù)相關(guān)兩種模式，提示這些不同反應(yīng)的細(xì)胞在空間分辨任務(wù)中可能執(zhí)行不同的功能。 2.豚鼠海馬中間神經(jīng)元與空間分辨認(rèn)知本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在自發(fā)狀態(tài)下被動(dòng)認(rèn)知組與主動(dòng)認(rèn)知組中間神經(jīng)元的復(fù)雜度存在顯著性差異(P＜0.05)，提示

7、海馬中間神經(jīng)元的活動(dòng)與機(jī)體的警覺(jué)狀態(tài)及意識(shí)有關(guān)。在被動(dòng)認(rèn)知及主動(dòng)認(rèn)知時(shí)均發(fā)現(xiàn)對(duì)陽(yáng)性燈有反應(yīng)的中間神經(jīng)元，提示中間神經(jīng)元也參與了感覺(jué)信息加工，而且兩種狀態(tài)下中間神經(jīng)元的復(fù)雜度指標(biāo)無(wú)顯著性差異(P＞0.05)，參與對(duì)陽(yáng)性燈反應(yīng)的細(xì)胞比例也無(wú)顯著性差異(P＞0.05)，提示海馬中間神經(jīng)元放電可能只與位置、刺激表現(xiàn)出相關(guān)性，在認(rèn)知活動(dòng)中發(fā)揮適度作用。 3.豚鼠海馬電位與空間分辨認(rèn)知實(shí)驗(yàn)中觀察到自發(fā)及認(rèn)知狀態(tài)下被動(dòng)認(rèn)知組與主動(dòng)認(rèn)知組的海馬

8、電位都存在明顯的θ節(jié)律；近似熵分析顯示：主動(dòng)認(rèn)知組和被動(dòng)認(rèn)知組認(rèn)知狀態(tài)下的ApEn值均大于自發(fā)狀態(tài)下的ApEn值，差異有顯著性意義(P＜0.05)；主動(dòng)認(rèn)知組的ApEn值在各個(gè)狀態(tài)(自發(fā)狀態(tài)和認(rèn)知狀態(tài))下均大于被動(dòng)認(rèn)知組對(duì)應(yīng)狀態(tài)下的ApEn值，差異有顯著性意義(P＜0.05)。結(jié)果提示腦的功能狀態(tài)的不同可通過(guò)近似熵值反映出來(lái)。 結(jié)論1.本研究實(shí)現(xiàn)了清醒動(dòng)物無(wú)肌松固定條件下海馬神經(jīng)元放電和海馬腦電的在體同步記錄。觀察了豚鼠海馬錐體

9、細(xì)胞和中間神經(jīng)元的電生理特性及海馬電位的特點(diǎn)；對(duì)背側(cè)海馬CA1、CA3區(qū)錐體細(xì)胞和中間神經(jīng)元的研究表明兩區(qū)神經(jīng)元自發(fā)放電的一般電生理特性無(wú)差別。 2.在空間分辨認(rèn)知的研究中發(fā)現(xiàn)海馬中錐體細(xì)胞和中間神經(jīng)元都參與感覺(jué)刺激的編碼及空間線索位置的分辨，并且這兩類細(xì)胞通過(guò)豐富的前饋和后饋通路對(duì)彼此的活動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而形成海馬空間認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)。而海馬能編碼動(dòng)物所處環(huán)境空間內(nèi)容信息的特性，提示海馬可能在陳述性記憶中發(fā)揮作用。 3.對(duì)海馬電