貓17區(qū)細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問題。
　　本文首先采用細胞外記錄的方法，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個細胞的研究發(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)細胞感受野的長寬比與WHH有較強的負相關(guān)性，而細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)細胞的調(diào)制指數(shù)（Mo

3、dulation Ratio, MR）與細胞的方位選擇性有負相關(guān)性。反之亦然。
　　由于神經(jīng)元外周整合特性的不同，我們將細胞分為外周抑制細胞（surround-suppressive, SS）和無外周抑制細胞（surround-non-suppressive, SN）。我們定量研究了貓17區(qū)119個神經(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SS細胞中發(fā)現(xiàn)中心-外周具

4、有相同方位刺激時抑制加強，而在中心-外周方位相互垂直的刺激時抑制減弱或消失。相反，在27個SN細胞中發(fā)現(xiàn)：中心-外周方位相同時有明顯的易化作用，中心-外周方位不同時，反應(yīng)沒有明顯差異。此外，我們還發(fā)現(xiàn)這兩種細胞中心-外周的方位選擇性與細胞的空間整合有相關(guān)性。
　　為了研究神經(jīng)元的抑制強度與空間頻率的關(guān)系，我們對201個細胞的空間頻率進行了分析。發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元的最佳空間頻率與細胞的CRF之間有負相關(guān)性。同時，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胞的空間整合強度呈正相關(guān)性。另外，我們發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元的最佳空間頻率與細胞的長度抑制有強相關(guān)性，而細胞的寬度抑制與細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）和風車中心區(qū)（pinwheel center, PC）的結(jié)構(gòu)和功能。研究發(fā)現(xiàn)，每個風車樣方位功能柱可分為三個不同的空間整合亞區(qū)。

6、第一個亞區(qū)集中在PC區(qū)，這個區(qū)域的神經(jīng)元感受野最小，具有強的方位不依賴的外周抑制；第二個亞區(qū)集中在IOD的中部，這個亞區(qū)的神經(jīng)元有中等大小的感受野，具有強的方位依賴的外周抑制；第三個亞區(qū)集中在IOD的外周，這個亞區(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)變化有強相關(guān)，與WHH相關(guān)較弱；而且，發(fā)現(xiàn)細胞非最佳方位的抑制是細胞具

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)這兩種細胞中心-外周的方位選擇性與細胞的空間整合有相關(guān)性。（3）細胞的最佳空間頻率與細胞的感受野呈負相關(guān)性，與細胞的空間抑制強度呈正相關(guān)性；特別是長度抑制作用與細胞的最佳空間頻率有相關(guān)性。（4）貓初級視皮層的風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