清醒獼猴V1皮層對(duì)整體光柵的gamma振蕩響應(yīng).pdf

1、背景：初級(jí)視覺(jué)皮層V1是皮層視覺(jué)加工通路中的第一站，它整合來(lái)自較低級(jí)結(jié)構(gòu)視網(wǎng)膜、LGN等投射來(lái)的信息，并投射到更高級(jí)的皮層。V1神經(jīng)元有較強(qiáng)朝向選擇性和較窄的方位調(diào)諧曲線帶寬，可以對(duì)視覺(jué)刺激的一些基本屬性進(jìn)行精細(xì)編碼。 本文所指的gamma振蕩包括神經(jīng)元峰電位序列中的gamma振蕩和LFP中的gamma頻段，反映了神經(jīng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)特征。峰電位序列的振蕩，是指峰電位時(shí)間序列呈現(xiàn)類(lèi)似縱波的周期性疏密波動(dòng)，頻段在30-90Hz的振蕩稱(chēng)為

2、gamma振蕩。而LFP中的gamma頻段是指場(chǎng)電位在同一頻段內(nèi)的的周期性波動(dòng)，反映了神經(jīng)元樹(shù)突接受的輸入的整合。已有大量文獻(xiàn)表明，知覺(jué)特征的整合，記憶的存儲(chǔ)和再認(rèn)都與gamma振蕩有關(guān)。 本文旨在神經(jīng)元集群層次上研究清醒猴初級(jí)視覺(jué)皮層不同層對(duì)于經(jīng)典的朝向刺激的反應(yīng)特性，以期為今后研究清醒獼猴的高級(jí)視覺(jué)認(rèn)知活動(dòng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制創(chuàng)造條件。 方法：實(shí)驗(yàn)使用清醒獼猴。在一只學(xué)會(huì)拉桿和注視的獼猴的初級(jí)視覺(jué)皮層植入三個(gè)電極陣列。采用

3、整體光柵刺激的7個(gè)朝向角度(-90°，-60°，-30°，0°，30°，60°，90°)和無(wú)刺激作為8個(gè)實(shí)驗(yàn)條件，同步記錄鋒電位序列和局部場(chǎng)電位并實(shí)時(shí)監(jiān)控獼猴眼動(dòng)。 結(jié)果： (1)總共分離出97個(gè)神經(jīng)元的鋒電位序列，其中73個(gè)神經(jīng)元有明確的朝向選擇性。73個(gè)朝向選擇性神經(jīng)元中7個(gè)神經(jīng)元的峰電位序列的自相關(guān)函數(shù)對(duì)朝向刺激表現(xiàn)出有60-70Hz的gamma振蕩神經(jīng)元gamma振蕩的強(qiáng)度受到朝向的調(diào)制，且調(diào)制方式與平均發(fā)放率一

4、致，即在最優(yōu)朝向及其附近朝向gamma振蕩最強(qiáng)，在零朝向(null orientation)刺激的條件下和其他放電較弱的刺激條件下消失。神經(jīng)元gamma振蕩的峰值頻率也受朝向的調(diào)制，但其方式獨(dú)立于神經(jīng)元自身的朝向選擇性，所有g(shù)amma神經(jīng)元的gamma振蕩都是在垂直朝向最快，越接近水平朝向越慢，水平朝向時(shí)最慢。 (2)分別計(jì)算96個(gè)電極在各次實(shí)驗(yàn)中記錄到的LFP在0-100Hz頻率范圍內(nèi)的功率譜，發(fā)現(xiàn)朝向刺激使gamma(58-

5、70Hz)、beta(12-28Hz)、theta(5-10Hz)三個(gè)頻段的功率的改變△P最為顯著。所有96道電極記錄到的LFP的功率改變△P的峰值對(duì)應(yīng)的頻率值(即峰值頻率)在gamma段當(dāng)中均表現(xiàn)出共同的特性：峰值頻率隨朝向改變的規(guī)律是垂直朝向(±90°)頻率最大(～70Hz)，水平朝向(0°)頻率最慢(～60Hz)。LFP的這種調(diào)諧特性獨(dú)立于同一個(gè)電極上記錄到的神經(jīng)元MUA的調(diào)諧特性。beta和theta段隨朝向調(diào)諧的規(guī)律是只發(fā)生功

6、率改變，而不發(fā)生頻率的改變。 (3)計(jì)算各個(gè)朝向角度下同一個(gè)電極記錄到的峰電位序列-LFP的相干函數(shù)。發(fā)現(xiàn)沒(méi)有g(shù)amma振蕩的神經(jīng)元的峰電位序列與同一道LFP的相干在各個(gè)頻段和7個(gè)朝向角度下都保持在0.425±0.025的水平，而gamma神經(jīng)元的峰電位序列與同一道LFP的相干在gamma(60-70Hz)頻段中的顯著增強(qiáng)(隨朝向角度不同可多達(dá)20％-50％)，而在其他頻段保持在0.425±0，025的水平．相干函數(shù)峰值和峰值頻

7、率都受刺激條件的調(diào)制。且相干函數(shù)峰值、神經(jīng)元gamma振蕩的功率與神經(jīng)元平均發(fā)放率三者的調(diào)諧方式一致，相干函數(shù)gamma段的峰值頻率，神經(jīng)元gamma振蕩的峰值頻率與LFP gamma頻段的峰值頻率三者同一個(gè)朝向刺激條件下的gamma振蕩的頻率、峰電位-LFP相干函數(shù)的峰值頻率、LFPgamma頻段的峰值頻率三者吻合。神經(jīng)元的gamma振蕩與LFP中的gamma頻段在頻域上有著密切的關(guān)系。 結(jié)論：：神經(jīng)元gamma振蕩同時(shí)表征了

8、整體光柵的個(gè)體性質(zhì)和整體性質(zhì)。(1)神經(jīng)元gamma振蕩的強(qiáng)度受到朝向刺激的調(diào)諧且與自身的調(diào)諧方式一致，而且僅在有朝向刺激的條件下才出現(xiàn)，因而體現(xiàn)了神經(jīng)元自身對(duì)于朝向刺激的選擇性；(2)神經(jīng)元的gamma振蕩和局部場(chǎng)電位通過(guò)其在gamma頻段的頻率來(lái)表征整體光柵刺激的朝向，但不區(qū)分對(duì)稱(chēng)的朝向；(3)神經(jīng)元的gamma振蕩是神經(jīng)元的發(fā)放行為受到LFP中的gamma頻段的調(diào)頻作用，即個(gè)別神經(jīng)元以多大的強(qiáng)度來(lái)振蕩取決于神經(jīng)元自身的朝向偏好，而