神經(jīng)振蕩與突觸可塑性研究及其在大鼠抑郁模型中的應用.pdf

1、局部場電位(LFP)是一種非平穩(wěn)、非線性的復雜生物電信號，它蘊含著大量的生理信息。隨著計算機科學與信息技術的不斷發(fā)展，越來越多的方法用于分析LFP信號。
　　 近年來，同步現(xiàn)象在很多生物系統(tǒng)中被發(fā)現(xiàn)，生理系統(tǒng)間的協(xié)同行為也受到了研究人員的廣泛關注。我們在分析系統(tǒng)同步狀態(tài)的同時，也想了解其驅動.響應關系，即耦合方向。對此，學者們提出了多種耦合方向算法，并用于分析大腦各區(qū)域之間的相互影響即信息流傳遞方向。丘腦和前額葉皮層之間表現(xiàn)為弱

2、耦合，而弱耦合作用首先影響神經(jīng)振蕩的相位而不是振幅，因此，本文采用基于信息論的相位同步指數(shù)法(簡稱IM算法)計算生理與病理狀態(tài)下的神經(jīng)信息流方向指數(shù)利用多通道神經(jīng)元群模型(NMM)產(chǎn)生不同耦合強度的仿真腦電數(shù)據(jù)并用作一系列數(shù)值實驗，我們測試了IM算法的性能，證實了只有在弱耦合和窄頻帶條件下，IM算法才可以有效用于計算信息流方向指數(shù)。另外我們進行了大量的數(shù)值研究，實現(xiàn)了對IM算法中三個重要參數(shù)(移動窗口長度、時間延遲及香農(nóng)熵格子數(shù))的合理

3、取值。
　　 為了驗證特定振蕩頻段上的神經(jīng)信息流方向指數(shù)是否能夠有效表征突觸可塑性，我們應用IM算法分析了正常和抑郁大鼠丘腦到前額葉皮層(TC)神經(jīng)通路上的信息流傳遞方向。在動物實驗中，記錄局部場電位(LFP)后緊接著誘導了TC通路上的長時程增強(LTP)。結果表明，在delta和theta頻段上，正常大鼠丘腦區(qū)域對前額葉皮層有顯著的驅動影響(耦合強度d>0)；然而相同的兩個頻段上，抑郁大鼠的方向指數(shù)d值較正常組均有明顯的降低。

4、另一方面，LTP結果表明，抑郁會導致前額葉皮層的突觸可塑性出現(xiàn)顯著下降，這與LFP的計算結果是一致的。因此我們認為，利用IM方法分析特定振蕩頻段上的神經(jīng)信息流方向指數(shù)可以用于度量突觸可塑性的變化。
　　 此外，本文分別從線性和非線性動力學角度分析了抑郁對大腦神經(jīng)活動的影響，計算了正常和抑郁大鼠丘腦及前額葉皮層LFP信號的功率譜和樣本熵。結果顯示，抑郁會導致大腦前額葉皮層的能量升高和神經(jīng)振蕩的復雜度降低，進一步說明抑郁引起了大腦認