貓17區(qū)細(xì)胞的方位選擇性及方位功能柱中整合特性的研究.pdf

1、視皮層中神經(jīng)元的方位選擇性是一種特有的生理特性。在視皮層中具有相同方位的細(xì)胞聚集在一起形成視皮層的方位功能柱。方位選擇性的形成機(jī)制長期以來都爭論不休，而對于方位功能柱的結(jié)構(gòu)和功能的探討也一直是熱點(diǎn)問題。
　　本文首先采用細(xì)胞外記錄的方法，以經(jīng)典感受野（classical receptive field, CRF）大小的刺激測量細(xì)胞的方位調(diào)制曲線，研究貓初級視皮層神經(jīng)元的方位選擇性。對168個(gè)細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，貓初級視皮層（prima

2、ry visual cortex, V1）區(qū)的神經(jīng)元方位調(diào)制曲線最佳方位的半高寬（width at half-height, WHH）和方位調(diào)制曲線的循環(huán)變化（circular variance, CV）都存在著多樣性。研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞感受野的長寬比與WHH有較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性，而細(xì)胞感受野的長寬比與CV的相關(guān)性較弱。神經(jīng)元的CV和神經(jīng)元在垂直與最佳方位放電率之比有正相關(guān)性，也與細(xì)胞的自發(fā)放電存在著正相關(guān)性。此外，我們也發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的調(diào)制指數(shù)（Mo

3、dulation Ratio, MR）與細(xì)胞的方位選擇性有負(fù)相關(guān)性。反之亦然。
　　由于神經(jīng)元外周整合特性的不同，我們將細(xì)胞分為外周抑制細(xì)胞（surround-suppressive, SS）和無外周抑制細(xì)胞（surround-non-suppressive, SN）。我們定量研究了貓17區(qū)119個(gè)神經(jīng)元的中心-外周的方位調(diào)制曲線，發(fā)現(xiàn)外周抑制神經(jīng)元（SS）和無外周抑制神經(jīng)元（SN）存在著差異性。在97個(gè)SS細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)中心-外周具

4、有相同方位刺激時(shí)抑制加強(qiáng)，而在中心-外周方位相互垂直的刺激時(shí)抑制減弱或消失。相反，在27個(gè)SN細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)：中心-外周方位相同時(shí)有明顯的易化作用，中心-外周方位不同時(shí)，反應(yīng)沒有明顯差異。此外，我們還發(fā)現(xiàn)這兩種細(xì)胞中心-外周的方位選擇性與細(xì)胞的空間整合有相關(guān)性。
　　為了研究神經(jīng)元的抑制強(qiáng)度與空間頻率的關(guān)系，我們對201個(gè)細(xì)胞的空間頻率進(jìn)行了分析。發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元的最佳空間頻率與細(xì)胞的CRF之間有負(fù)相關(guān)性。同時(shí)，我們的研究結(jié)果表明貓17區(qū)神

5、經(jīng)元的最佳空間頻率與細(xì)胞的空間整合強(qiáng)度呈正相關(guān)性。另外，我們發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元的最佳空間頻率與細(xì)胞的長度抑制有強(qiáng)相關(guān)性，而細(xì)胞的寬度抑制與細(xì)胞的最佳空間頻率相關(guān)性較弱。
　　結(jié)合電生理技術(shù)和內(nèi)源性光學(xué)成像技術(shù)，研究了貓初級視皮層的方位功能柱分為同方位功能區(qū)（iso-orientation domain, IOD）和風(fēng)車中心區(qū)（pinwheel center, PC）的結(jié)構(gòu)和功能。研究發(fā)現(xiàn)，每個(gè)風(fēng)車樣方位功能柱可分為三個(gè)不同的空間整合亞區(qū)。

6、第一個(gè)亞區(qū)集中在PC區(qū)，這個(gè)區(qū)域的神經(jīng)元感受野最小，具有強(qiáng)的方位不依賴的外周抑制；第二個(gè)亞區(qū)集中在IOD的中部，這個(gè)亞區(qū)的神經(jīng)元有中等大小的感受野，具有強(qiáng)的方位依賴的外周抑制；第三個(gè)亞區(qū)集中在IOD的外周，這個(gè)亞區(qū)的神經(jīng)元具有最大的感受野，顯示出弱的外周抑制，或無外周抑制的特性。
　　綜上所述，本論文主要發(fā)現(xiàn)：（1）貓初級視皮層神經(jīng)元的O/P與方位調(diào)制曲線的循環(huán)變化有強(qiáng)相關(guān)，與WHH相關(guān)較弱；而且，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞非最佳方位的抑制是細(xì)胞具

7、有低CV和窄WHH的重要因素。（2）外周抑制神經(jīng)元（SS）和無外周抑制神經(jīng)元（SN）感受野中心-外周相互作用存在著差異性，發(fā)現(xiàn)這兩種細(xì)胞中心-外周的方位選擇性與細(xì)胞的空間整合有相關(guān)性。（3）細(xì)胞的最佳空間頻率與細(xì)胞的感受野呈負(fù)相關(guān)性，與細(xì)胞的空間抑制強(qiáng)度呈正相關(guān)性；特別是長度抑制作用與細(xì)胞的最佳空間頻率有相關(guān)性。（4）貓初級視皮層的風(fēng)車樣方位功能柱按照神經(jīng)元的空間整合特性不同可分為三個(gè)亞區(qū)。這些結(jié)果對于更好的理解皮層結(jié)構(gòu)和功能具有重要意