工作記憶神經(jīng)元集群動(dòng)作電位功能網(wǎng)絡(luò)特性的研究.pdf

1、研究目的:
　　工作記憶（Working Memory，WM）是重要的認(rèn)知功能，研究工作記憶腦網(wǎng)絡(luò)功能連接是理解工作記憶機(jī)制的主要突破口之一。為了突出表征工作記憶神經(jīng)信息的功能連接，本論文基于神經(jīng)元集群編碼，構(gòu)建由集群中的神經(jīng)元組成的低維神經(jīng)元集群空間，計(jì)算集群中神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢粫r(shí)空序列(ActionPotentials，APs)的因果值和網(wǎng)絡(luò)信息傳遞效率，為定量、有效地描述工作記憶腦網(wǎng)絡(luò)提供支持。
　　研究方法:
　　

2、1.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):在SD成年大鼠Y-迷宮工作記憶過程中，應(yīng)用多通道植入式電極陣列在內(nèi)側(cè)前額葉皮層記錄多通道的神經(jīng)電活動(dòng)，經(jīng)過高通濾波、峰電位(spike)檢測(cè)以及分類處理(spike-sorting)，獲取神經(jīng)元群體動(dòng)作電位時(shí)空序列APs。數(shù)據(jù)來自4只大鼠，每只10次的工作記憶數(shù)據(jù)。
　　2.神經(jīng)元集群頻率編碼:選擇窗寬500ms，移動(dòng)步長(zhǎng)125ms的移動(dòng)窗口，依次計(jì)數(shù)每個(gè)窗口內(nèi)的神經(jīng)元發(fā)放頻率，計(jì)算頻率編碼分布。
　　3.選取

3、集群內(nèi)的神經(jīng)元，構(gòu)建低維神經(jīng)元集群空間:將大鼠Y-迷宮工作記憶任務(wù)行為學(xué)參考點(diǎn)前2s內(nèi)發(fā)放頻率大于平均頻率的神經(jīng)元選取為集群內(nèi)神經(jīng)元，構(gòu)建低維神經(jīng)元集群空間。
　　4.基于極大似然估計(jì)的APs因果連接:應(yīng)用極大似然估計(jì)方法，計(jì)算動(dòng)作電位在低維神經(jīng)元集群空間的因果連接矩陣和因果平均值Cc，定量描述APs的功能連接。
　　5.工作記憶腦網(wǎng)絡(luò)信息傳遞效率:基于因果連接值定義因果網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的全局效率Eglob，定量描述網(wǎng)絡(luò)的信息

4、傳遞效率。
　　研究結(jié)果:
　　1.大鼠Y迷宮工作記憶任務(wù)中神經(jīng)元群體動(dòng)作電位時(shí)空序列APs
　　從1號(hào)大鼠分類獲取到19個(gè)神經(jīng)元的APs，從2號(hào)大鼠分類獲取到23個(gè)神經(jīng)元的APs，從3號(hào)大鼠分類獲取到25個(gè)神經(jīng)元的APs，從4號(hào)大鼠分類獲取到20個(gè)神經(jīng)元的APs。
　　2.工作記憶神經(jīng)元集群頻率編碼
　　4只大鼠均在工作記憶任務(wù)行為學(xué)參考點(diǎn)前2秒內(nèi)可見明顯的神經(jīng)元集群。
　　3.構(gòu)建低維神經(jīng)元集群空

5、間
　　1號(hào)大鼠集群內(nèi)有4個(gè)神經(jīng)元，占所有19個(gè)神經(jīng)元的比例為21.05％;2號(hào)大鼠集群內(nèi)有6個(gè)神經(jīng)元，占所有23個(gè)神經(jīng)元的比例為26.09％;3號(hào)大鼠集群內(nèi)有5個(gè)神經(jīng)元，占所有20個(gè)神經(jīng)元的比例為20％;4號(hào)大鼠集群內(nèi)有6個(gè)神經(jīng)元，占所有20個(gè)神經(jīng)元的比例為30％。分別由4只大鼠集群內(nèi)的神經(jīng)元構(gòu)建低維的神經(jīng)元集群空間
　　4.工作記憶APs因果連接
　　4只大鼠神經(jīng)元集群空間APs因果連接平均值Cc在工作記憶過程中動(dòng)

6、態(tài)變化，且均在行為學(xué)參考前（1號(hào)和2號(hào)鼠為參考點(diǎn)前第2秒內(nèi)，3和4號(hào)鼠為參考點(diǎn)前第1秒內(nèi)）達(dá)到最大值。1號(hào)大鼠的Cc值從起始時(shí)期(pre)的1.0745±0.3811增加到峰值時(shí)期的2.5465±0.3617（t檢驗(yàn)，p＜0.05），2號(hào)大鼠的Cc值從起始時(shí)期(pre)的0.5974±0.1132增加到峰值時(shí)期的1.0047±0.0917（t檢驗(yàn)，p＜0.01），3號(hào)大鼠的Cc值從起始時(shí)期(pre)的0.6436±0.1752增加到峰值

7、時(shí)期的1.4054±0.1829(t檢驗(yàn)，p＜0.05)，4號(hào)大鼠的Cc值從起始時(shí)期(pre)的0.8527±0.2496增加到峰值時(shí)期的2.6502±0.5394（t檢驗(yàn)，p＜0.05）。4只大鼠在低維神經(jīng)元集群空間最大Cc值均較原始空間顯著性增大（t檢驗(yàn)，p＜0.001）。
　　5.工作記憶APs網(wǎng)絡(luò)全局效率Eglob
　　4只大鼠神經(jīng)元集群空間APs網(wǎng)絡(luò)全局效率Eglob在工作記憶過程中動(dòng)態(tài)變化，且與Cc在同一時(shí)期達(dá)到

8、最大值。1號(hào)大鼠的Eglob值從起始時(shí)期(pre)的0.2334±0.0926增加到峰值時(shí)期的0.3994±0.0533（t檢驗(yàn)，p＜0.05），2號(hào)大鼠的Eglob值從起始時(shí)期(pre)的0.2167±0.0441增加到峰值時(shí)期的0.4195±0.0272（t檢驗(yàn)，p＜0.001），3號(hào)大鼠的Eglob值從起始時(shí)期(pre)的0.1357±0.0384增加到峰值時(shí)期的0.3746±0.0488（t檢驗(yàn)，p＜0.01），4號(hào)大鼠的Egl

9、ob值從起始時(shí)期(pre)的0.2098±0.0617增加到峰值時(shí)期的0.4861±0.0339（t檢驗(yàn)，p＜0.01）。4只大鼠在低維神經(jīng)元集群空間最大Eglob值均較原始空間顯著性增大（t檢驗(yàn)，p＜0.001）。
　　結(jié)論:
　　1.工作記憶存在神經(jīng)元集群，其稀疏發(fā)放比例小于或等于30％。
　　2.工作記憶中APs的功能連接增強(qiáng)（Cc值增大）和APs網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸效率增強(qiáng)（Eglob增強(qiáng)）。
　　3.集群內(nèi)的