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

1、空間學習記憶是檢測空間定向、反應(yīng)時間、視知覺和結(jié)構(gòu)應(yīng)用等能力，從而評價其認知水平的一種行為模式，是一類關(guān)于場景和事件的學習記憶?，F(xiàn)已廣泛認為海馬在空間學習記憶中的作用是重要的。這些結(jié)果多來自于對海馬位置細胞的研究發(fā)現(xiàn)及海馬損傷所造成的空間認知缺陷的研究。但對于動物處于固定位置時海馬中單個細胞對所處環(huán)境空間內(nèi)容信息的編碼以及在空間學習記憶過程中海馬腦電特征的研究甚少。本實驗采用空間分辨認知模型研究動物在空間分辨學習中海馬神經(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習記憶的作用。 業(yè)已證明，神經(jīng)系統(tǒng)是由大量非線性元件通過廣泛連接所構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)，具有動力學變化特性。所以非線性分析方法更適合研究認知過程中大腦神經(jīng)元功能活動以及包含了大量非線性單元結(jié)構(gòu)活動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)信息編碼的動力學機制，從而為揭示腦認知活動的基本規(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與被動認知過程中的變化特點，以揭示海馬神經(jīng)元在空間分辨認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海馬錐體細

4、胞與中間神經(jīng)元可依據(jù)放電頻率、動作電位時程和形式加以區(qū)別：錐體細胞動作電位時程長，通常大于1.2ms，平均放電頻率小于10Hz，放電形式為簡單峰電位，也可出現(xiàn)由2～10個動作電位組成的復(fù)合峰電位；中間神經(jīng)元動作電位時程短，通常小于1.2ms，平均放電頻率大于10Hz，放電形式為簡單峰電位； CA1、CA3區(qū)海馬神經(jīng)元比較：清醒豚鼠背測海馬CA1、CA3區(qū)錐體細胞和中間神經(jīng)元自發(fā)放電平均頻率、復(fù)雜度等指標皆無顯著差別。 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的狀態(tài)有關(guān)。 二、空間分辨認知與海馬神經(jīng)元放電及腦電變化1.豚鼠海馬錐體細胞與空間分辨認知本實驗對被動認知組的研究發(fā)現(xiàn)，豚鼠海馬中存在對陽性燈有反應(yīng)的錐體細胞，提示這些錐體細胞可能編碼的是環(huán)境線索和感覺刺激信息。主動認知組的研究發(fā)現(xiàn)，錐體細胞在認知狀態(tài)下的放電頻率以及復(fù)雜度都與被動組被動認知下的有顯著性差異(P＜0.05)，而在自發(fā)狀態(tài)下，兩組無顯著性差異(P＞0.05

6、)；同時，研究發(fā)現(xiàn)參與對陽性燈反應(yīng)的細胞數(shù)目比例增多(與被動組相比，有顯著性意義，P＜0.05)，提示海馬錐體細胞動力學特征的改變是與學習記憶以及空間分辨相關(guān)的。對陽性燈有反應(yīng)的錐體細胞放電改變表現(xiàn)為陽性燈瞬時頻率正相關(guān)、負相關(guān)兩種模式，提示這些不同反應(yīng)的細胞在空間分辨任務(wù)中可能執(zhí)行不同的功能。 2.豚鼠海馬中間神經(jīng)元與空間分辨認知本實驗發(fā)現(xiàn)在自發(fā)狀態(tài)下被動認知組與主動認知組中間神經(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)元的活動與機體的警覺狀態(tài)及意識有關(guān)。在被動認知及主動認知時均發(fā)現(xiàn)對陽性燈有反應(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)雜度指標無顯著性差異(P＞0.05)，參與對陽性燈反應(yīng)的細胞比例也無顯著性差異(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，在認知活動中發(fā)揮適度作用。 3.豚鼠海馬電位與空間分辨認知實驗中觀察到自發(fā)及認知狀態(tài)下被動認知組與主動認知組的海馬

8、電位都存在明顯的θ節(jié)律；近似熵分析顯示：主動認知組和被動認知組認知狀態(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)；主動認知組的ApEn值在各個狀態(tài)(自發(fā)狀態(tài)和認知狀態(tài))下均大于被動認知組對應(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)的不同可通過近似熵值反映出來。 結(jié)論1.本研究實現(xiàn)了清醒動物無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、細胞和中間神經(jīng)元的電生理特性及海馬電位的特點；對背側(cè)海馬CA1、CA3區(qū)錐體細胞和中間神經(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差別。 2.在空間分辨認知的研究中發(fā)現(xiàn)海馬中錐體細胞和中間神經(jīng)元都參與感覺刺激的編碼及空間線索位置的分辨，并且這兩類細胞通過豐富的前饋和后饋通路對彼此的活動進行調(diào)節(jié)，從而形成海馬空間認知網(wǎng)絡(luò)。而海馬能編碼動物所處環(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.對海馬電