大鼠皮層下視通路條件性恐懼視覺信息處理機(jī)制研究.pdf

1、視覺系統(tǒng)是動(dòng)物認(rèn)知外部信息最重要的感覺系統(tǒng)，大腦中存在皮層和皮層下兩條視通路，皮層視通路主要負(fù)責(zé)對(duì)外界視覺刺激的精細(xì)加工和智能識(shí)別；皮層下視通路屬于大腦早期進(jìn)化的邊緣結(jié)構(gòu)，是包括上丘（Superior Colliculus，SC）→丘腦枕（Pulvinar，Pulv）→杏仁核（Amygdala，AMG）的一條視覺通路。皮層下視通路與情緒視覺信息的處理密切相關(guān)，尤其對(duì)恐懼視覺信息能夠進(jìn)行快速加工和傳遞，具有預(yù)警作用。恐懼視覺信息刺激是激活

2、皮層下視通路進(jìn)行視覺信息快速傳遞的一種重要方式，包括自然賦予的先天性恐懼視覺信息，在社會(huì)活動(dòng)中長(zhǎng)期積累的情感面孔信息，以及動(dòng)物通過后天習(xí)得的條件性恐懼視覺信息。其中，通過后天習(xí)得的條件性恐懼視覺的信息處理機(jī)制與應(yīng)激性障礙的信息處理機(jī)制具有相似性。
　　目前皮層下視通路條件性恐懼視覺信息處理機(jī)制的研究處于起步階段，皮層下視通路的神經(jīng)環(huán)路結(jié)構(gòu)連接和投射關(guān)系還未明確；皮層下視通路本身對(duì)條件性恐懼視覺信息的響應(yīng)特性，以及恐懼視覺信息激活皮

3、層下視通路的“觸發(fā)”條件還沒有清楚解析；在條件性恐懼視覺認(rèn)知過程中兩條視通路之間的交互和影響作用尚不清楚。因此，皮層下視通路條件性恐懼視覺的信息處理機(jī)制研究是神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)和智能科學(xué)領(lǐng)域的新興課題，具有很高的理論研究意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　基于上述原因，本文以Long Evans大鼠做為模式動(dòng)物，用嗜神經(jīng)病毒標(biāo)記大鼠皮層下視通路的神經(jīng)環(huán)路；建立基于圖形認(rèn)知的大鼠條件性恐懼聯(lián)結(jié)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)范式；通過分析條件性恐懼視覺形成前后皮層下視

4、通路神經(jīng)元的響應(yīng)特性，確定Pulv在皮層下視通路中對(duì)恐懼視覺信息的觸發(fā)傳遞作用；通過分析視覺圖像的恐懼聯(lián)結(jié)水平對(duì)神經(jīng)元集群功能連接的影響，解析皮層下視通路對(duì)恐懼視覺信息傳遞機(jī)制；在無意識(shí)和有意識(shí)兩種認(rèn)知水平下，研究?jī)蓷l視通路多腦區(qū)間的恐懼視覺信息傳遞和交互作用。本文完成的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　?。?）建立了大鼠基于圖形認(rèn)知的條件性恐懼視覺聯(lián)結(jié)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)范式。設(shè)計(jì)開發(fā)了大鼠條件性恐懼視覺聯(lián)結(jié)自動(dòng)訓(xùn)練系統(tǒng)；采用行為學(xué)方法量化了大鼠恐

5、懼視覺聯(lián)結(jié)形成的標(biāo)準(zhǔn)；設(shè)計(jì)9種“單圖”恐懼視覺聯(lián)結(jié)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，分組進(jìn)行訓(xùn)練，統(tǒng)計(jì)分析了各種訓(xùn)練模式中條件刺激時(shí)長(zhǎng)和非條件刺激時(shí)長(zhǎng)兩個(gè)因素對(duì)恐懼視覺聯(lián)結(jié)訓(xùn)練效果的影響，進(jìn)而優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?；并采用“雙圖”恐懼視覺訓(xùn)練模式驗(yàn)證本文恐懼視覺訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)范式的有效性。
　?。?）標(biāo)記了大鼠皮層下視通路神經(jīng)環(huán)路投射，實(shí)現(xiàn)回路中關(guān)鍵神經(jīng)核團(tuán)神經(jīng)元集群響應(yīng)信號(hào)采集。采用嗜神經(jīng)病毒追蹤技術(shù)實(shí)現(xiàn)LE大鼠皮層下視通路的神經(jīng)環(huán)路結(jié)構(gòu)標(biāo)記；確定了皮層視通路和

6、皮層下視通路的電生理實(shí)驗(yàn)采集位點(diǎn)；實(shí)現(xiàn)了特定腦區(qū)的急性和慢性神經(jīng)元集群響應(yīng)信號(hào)的采集，完成了微電極陣列植入定位的組織學(xué)驗(yàn)證。
　?。?）發(fā)現(xiàn)在條件性恐懼視覺形成前后，丘腦枕后外側(cè)（LP）神經(jīng)元集群對(duì)“恐懼”視覺信息響應(yīng)的峰值時(shí)間延遲縮減變化量，與上丘（SC）相比顯著增加，從響應(yīng)時(shí)間特性上解析了皮層下視通路快速信息傳遞的神經(jīng)機(jī)理；并從神經(jīng)元集群的響應(yīng)幅值特性上，揭示了丘腦枕在皮層下視通路中對(duì)“恐懼”視覺信息的傳遞起到了“門控”作用。

7、
　　（4）發(fā)現(xiàn)隨著恐懼水平增強(qiáng)，皮層下視通路對(duì)于恐懼視覺信息的傳遞效率也在提高。依據(jù)大鼠條件性恐懼聯(lián)結(jié)訓(xùn)練過程中的主動(dòng)逃避率，將恐懼視覺訓(xùn)練分成訓(xùn)練前、訓(xùn)練中和訓(xùn)練后三個(gè)階段，分別表征大鼠感知視覺刺激圖形的三個(gè)恐懼水平。通過對(duì)比分析視覺刺激的不同恐懼水平下大鼠皮層下視通路SC和LP核團(tuán)神經(jīng)元集群功能連接的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)隨著恐懼水平增強(qiáng)，SC和LP神經(jīng)元集群網(wǎng)絡(luò)的功能連接特性——連接強(qiáng)度和聚類系數(shù)均顯著增加，平均路徑長(zhǎng)度顯著減

8、小。
　?。?）研究了在有意識(shí)和無意識(shí)兩種不同認(rèn)知水平下，兩條視通路多腦區(qū)間的恐懼視覺信息傳遞和交互作用，發(fā)現(xiàn)皮層下視通路在無意識(shí)恐懼信息認(rèn)知條件下起關(guān)鍵作用。采用格蘭杰因果分析方法建立皮層視通路V1區(qū)、皮層下視通路SC和LP多腦區(qū)之間的有向功能連接。該有向功能連接圖表明：恐懼視覺信息依靠?jī)蓷l視通路協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)傳遞，隨著認(rèn)知意識(shí)水平的減弱，皮層下視通路SC→LP的連接強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，皮層視通路 V1區(qū)對(duì)皮層下視通路 SC和LP的反饋