综述: 知觉相关的神经振荡-外界节律同步化现象

具有特定频率的节律性刺激能同步大脑内相应频率的神经振荡,使神经活动与外界刺激发生相位锁定,称之为神经振荡-外界节律同步化(neural entrainment).这种同步化的现象伴随着大脑内神经元集群兴奋水平的周期性波动,并与节律信息加工、知觉及注意等认知过程存在关联.得益于其非侵入、易操作以及能有效调控神经活动的特性,神经振荡-外界节律同步化成为了研究神经振荡与知觉和认知功能关系的有力手段,也为认知障碍诊断及干预提供了新的思路和方法.     

神经元群简化模型的动态特性的研究

神经发放率的振荡和同步现象是视觉神经生理学的最新实验发现,也是Ｍａｌｓｂｕｒｇ等人关于物体感知的时间相关性神经群理论的重要假设。本文在神经元群简化模型动力学方程的基础上加以改进,研究了噪声对振荡的相关性和独立性的影响,取得与生物实验相似的结果;发现在具有时间结构的输入刺激下单个神经元群发放的锁频现象,进一步讨论了两个神经元群之间的同步现象及其机理。     

与突触可塑性相关的神经振荡和信息流研究

作为一种有节律的神经活动,神经振荡现象发生在所有的神经系统中,例如大脑皮层、海马、皮层下神经核团以及感觉器官.本综述首先给出了已有的研究结果,即基于theta和gamma频段的同步神经振荡揭示了认知过程的起源与本质,如学习与记忆.然后介绍了关于神经振荡分析的新技术和算法,如表征神经元突触可塑性的神经信息流方向指数,并例...     

非快速眼动睡眠期间神经同步活动与记忆巩固关系研究进展

神经同步活动被认为是神经系统信息处理的关键。脑内存在多种不同频段的局部同步活动和区域间同步活动,这些神经同步活动与多种行为和认知功能相关。记忆作为脑的高级认知功能,其形成和巩固的过程与神经同步活动关系密切。本文主要从体内非快速眼动(non-rapid eye movement, NREM)睡眠期间多个脑区间的神经振荡活动以及体外培养神经网络的同步爆发活动两个层面综述了神经同步活动与记忆巩固关系的研究进展,分析了当前研究存在的问题,并对今后的相关研究作出展望。     

Gamma神经振荡产生机制及其功能研究进展

Gamma神经振荡的频率在30～100 Hz之间,存在于动物和人类大脑的多个区域,如丘脑、体感皮层以及海马等部位,在各个尺度水平上都可被检测到.抑制性中间神经元组成的神经网络是产生此高频节律性活动的主要条件之一.皮层的gamma神经振荡与丘脑-皮层系统有关.Gamma神经振荡具有易化突触可塑性和调节神经网络的作用,主要参与感觉特征绑定、选择性注意以及记忆等高级功能.     

海马神经振荡的产生机制和功能

神经元集群(neuronal ensemble)的节律性活动往往能诱导产生清晰可见的神经振荡,反映着该群神经元规则化和同步化的活动。通常依据频率可将神经振荡分为delta振荡(0.5~3 Hz)、theta振荡(4~12 Hz)、beta振荡(12~30 Hz)、gamma振荡(30~100 Hz)和尖波涟漪(sharp-wave ripples,SWR)(100 Hz的纹波叠加在0.01~3 Hz的尖波上)。这些神经振荡在人和动物的许多脑区中出现,常伴随着感觉、运动、睡眠等行为产生,在认知、学习和记忆巩固过程中发挥着至关重要的作用。本文简要回顾海马脑区神经振荡的研究历程,对其中的最重要的三种神经振荡——theta振荡、gamma振荡和SWR的产生机制、主要功能及各频率神经振荡的相互作用作出概述,并对今后的研究方向作出展望。     

视觉注意与神经振荡

人脑每时每刻都要接收大量视觉信息，由于人脑加工信息的能力有限，所以在较大视野内将注意分配给相关信息，同时抑制引起注意分散的不相关信息，对执行目标导向的行为至关重要。这种对视觉信息的选择性和主动性加工以适应当前目标的过程被称作视觉注意（visual attention），且视觉注意可分为自上而下的注意与自下而上的注意两种不同功能。由于来自大脑电信号的神经振荡活动在认知加工中发挥重要作用，已有研究综述了视觉注意与神经振荡（neural oscillation）的密切关系，但并未涉及不同的注意功能与神经振荡的关系。本文系统性调查了不同注意功能与神经振荡的关系，发现额-顶区域的theta频带振荡活动反映了自上而下的认知控制，而后部脑区的theta振荡与自下而上的注意相关。顶-枕区域alpha振荡的偏侧化有助于注意分配，而alpha频带的大规模同步促成了注意对视皮层自上而下的影响。Beta振荡介导了自上而下的信息与自下而上的信息之间的互动，作为信息载体促进了视觉信息处理。Gamma振荡则可能与自上而下和自下而上的注意间整合相关。本文就视觉注意功能与神经振荡关系的研究现状展开综述，旨在揭示不同的神经振荡活动在特定的视觉注意功能中的作用。     

知觉相关的神经振荡-外界节律同步化现象

具有特定频率的节律性刺激能同步大脑内相应频率的神经振荡,使神经活动与外界刺激发生相位锁定,称之为神经振荡-外界节律同步化(neural entrainment).这种同步化的现象伴随着大脑内神经元集群兴奋水平的周期性波动,并与节律信息加工、知觉及注意等认知过程存在关联.得益于其非侵入、易操作以及能有效调控神经活动的特性,神经振荡-外界节律同步化成为了研究神经振荡与知觉和认知功能关系的有力手段,也为认知障碍诊断及干预提供了新的思路和方法.     

修正Camassa-Holm方程尖峰孤波解的稳定性

通过对具有哈密顿结构的修正Camassa-Holm方程的三个守恒量进行先验估计,算子谱分析,讨论了尖峰孤波解的稳定性取决于d″（c）的符号,并且给出d″（c）的具体表达式.借此给出修正Camassa-Holm方程的尖峰孤波解的稳定性与速度c有关,即c〉0,孤波解稳定,c〈0,孤波解不稳定;推广了[2]中相应的结论.     

功能柱结构神经网络模型中的同步振荡现象

功能柱作为大脑皮层一个普遍存在的基本结构, 有着重要的功能意义. 基于皮层功能柱的生理特点, 构建一个模块式的神经网络模型. 当施以恒定密度的脉冲刺激时, 单个功能柱能产生同步振荡. 根据外界输入和网络结构参数的不同, 振荡频率在3~43 Hz之间变化. 由多个功能柱构成的网络之间能在各振荡子之间出现复杂的同步现象, 网络中可以出现部分同步的亚集群.     

家兔第四脑室内给予几种递质对膈神经放电高频振荡的影响

于65只清醒麻痹、迷走神经切断的家兔,观察第四脑室内注射中枢递质和受体阻断剂对膈神经放电高频振荡频率的影响。去甲肾上腺素、5-羟色胺、多巴胺、乙酰胆碱或γ-氨基丁酸,可使高频振荡频率下降。酚妥拉明、氟哌啶醇或麦角酰二乙胺对高频振荡频率无明显影响,而肉桂硫胺、东莨菪碱或印防已毒素可使高频振荡频率加快。结果提示,内源性5-羟色胺、乙酰胆硷和γ-氨基丁酸可能参与呼吸的调节。     

Hindmarsh-Rose 神经网络的混沌同步

研究了通过特殊构造的非线性函数耦合连接的神经网络的混沌同步问题。在发展基于稳定性准则的混沌同步方法的基础上,给出了计算同步稳定性的误差发展方程,当耦合强度取参考值时,可实现稳定的混沌同步而不需要计算最大条件Lyapunov指数去判定是否稳定。通过对按照完全连接形式构成的Hindmarsh-Rose神经网络的数值模拟,显示可仅从两个耦合神经的耦合强度的稳定性范围预期到许多耦合神经实现同步的稳定性范围。该方法在噪声影响下,对实现神经元的混沌同步仍具有较强的鲁棒性。此外发现随着耦合神经数的增加,满足同步稳定性的耦合强度减小,与耦合神经的数量成反比。     

正常猫膈神经单纤维电活动特征

在麻醉猫和麻痹的切断迷走神经的清醒猫,观察了膈神经单纤维电活动特征。1.电活动类型:按膈神经单纤维放电与其总干放电的相位关系分为三种类型。(1)完全同步型,即单纤维放电与总干放电同时开始并同时停止,占76.9％。(2)部分同步型占15.4％,其中早期同步,即单纤维放电与总干放电同时开始,但提前终止,占1.9％,中期同步,即单纤维放电较总干放电开始晚,又提前终止,占5.8％,晚期同步,即单纤维放电较总干放电开始晚,但两者同时终止,占7.7％。(8)非同步型,即吸气相和呼气相都有放电,但呼气相时冲动频率较低,占7.7％。前两型为单纯的吸气性放电,共占92.3％。2.单纤维放电平均参数值:麻醉猫每次吸气发放11个冲动,其频率为21次/秒,清醒猫每次吸气发放18个冲动,其频率为34次/秒。结果表明:猫膈神经单纤维放电类型和文献上报导的直接记录膈神经运动神经元放电一致,即以单纯的吸气性放电为最多。     

基于神经网络的振荡模式分析及其应用

振荡现象以动态形式普遍存在于神经系统中,并且与大脑的信息处理、传递和整合、巩固记忆等高级认知活动密切相关。神经振荡的特定活动模式往往关联认知功能及其变化,因此如何量化分析神经振荡活动模式成为了计算神经生物学的研究热点之一。结合作者实验室近年来的研究工作,本文对在神经生物学和认知科学研究中常用的多种分析算法进行了详细而全面的综述,并试图按照度量指标及耦合或同步方式的差异进行归类。通过算法比较,给出计算特点及算法适用情形。最后对将来有潜在应用价值的几种多维算法进行了深入的探讨。     

电突触耦合神经元的相位同步及放电节律的转化

研究了两个参数失配较大情况下,处于不同放电模式的两个电突触耦合Hindmarsh-rose(HR)神经元的相位同步问题,发现在适当耦合强度下可以实现相同步并呈现出复杂的放电节律.利用峰峰间期(Interspikeinterval,ISI)和平均放电频率证实了相同步的发生,给出并分析了不同放电状态的神经元在电突触耦合下实现相同步后的神经放电节律.从相同步的角度显示,神经元同步后呈现簇放电特征或峰放电特征,除与两耦合神经元独自放电模式有关外,还与电突触耦合强度有一定的内在关系.     

自涌动态神经元集群-脑的时空编码新概念

概述了关于脑的时空编码概念的演化,涉及到下面一些问题：１）皮层神经元是以放电速率还是以放电定时编码信息;２）Ｂａｒｌｏｗ的“祖母细胞”和Ｈｅｂｂ经典细胞集群面临的挑战;３）Ｍａｌｓｂｕｒｇ的脑功能的相关理论和神经活动的同步振荡;４）Ｈｏｐｆｉｅｌｄ的神经编码原理和自涌动态神经元集群新概念;５）Ｔｈｅｔａ节律,ｇａｍｍａ振荡和２００Ｈｚ锁相振荡与脑的“时间编码空间”;最后,给出了一些讨论。     

刺激兔皮层感觉运动区和静注士的宁引起的肋间神经放电效应

在30例清醒,肌肉麻痹、切断迷走神经的家兔,观察到刺激对侧皮层感觉运动区时,胁间神经的放电效应包括两种成分。在呼气相电刺激,肋间外神经的第一效应表现为短暂的放电,肋间内神经表现为呼气放电的抑制;在吸气相电刺激,肋间外神经的第一效应表现为吸气放电的抑制,肋间内神经表现为短暂的放电。肋间外神经的第二效应表现为吸气放电的提前出现,吸气时程和呼气时程的缩短;肋间内神经的第二效应表现为吸气时程的缩短和呼气时程的延长,呼气放电的幅度明显增加。上述结果说明,皮层直接控制脊髓的通路既能兴奋也能抑制肋间吸气或呼气运动神经元的活动,且吸气与呼气运动神经元之间表现交互抑制。静注士的宁引起肋间神经梭形放电的发生过程和放电频率,与膈神经上表现相同;但恢复过程不同,膈神经上吸气放电恢复早,肋间神经上呼吸性放电恢复迟。此外,肋间神经的呼吸性放电不具有高频振荡现象。     

海马CA1区ripple节律相关高频放电中间神经元

通过在清醒小（Mus musculus）大脑同步记录海马区单神经元放电和场电位,发现在海马CAl区存在两类-9慢波睡眠时海马特征场电位“ripple”高频振荡（100-250Hz）相关的高频放电中间神经元．这两类神经元在慢波睡眠时的放电与ripple在时间上有高度同步性,对应每个ripple振荡波,它们都有一串高频放电．其中一类中间神经元（类型Ⅰ）在一个ripple振荡波的每个子振荡周期基本有1个放电,而另一类中间神经元（类型Ⅱ）则有1-2个放电．在ripple振荡波时段,这两类中间神经元的峰值放电频率分别高达310±33．17Hz（类型Ⅰ）和410±47．61Hz（类型Ⅱ）．动物清醒活动时,这两类中间神经元的放电与海马场电位的theta节律有锁相关系,它们的最大放电概率在theta节律的波谷段．给予动物摇晃刺激时,这两类中间神经元的放电频率均会短促增加．这些研究结果显示,海马CAl区的这种高频放电中间神经元参与调节海马神经元网络的整体活动状态．     

节律性听觉刺激下的神经振荡同步化及其应用

大脑的感觉、情绪、认知等功能与其神经振荡模式有密切的联系。通过施加节律性刺激可以调控大脑的神经振荡模式,进而影响个体感受、情绪状态和认知功能等。与近年来常见的非侵入性电刺激和磁刺激相比,同样依赖于外部刺激输入的节律性感觉刺激具有成本低、易操作等优点,被认为是一种极具潜力的神经调控手段。本文以节律性听觉刺激为例,系统综述了不同类型的节律性听觉刺激如何影响大脑的神经振荡模式,进而影响相关状态和功能;并通过总结外部节律性听觉刺激对个体感知觉、情绪与认知功能的影响,讨论其生理机制和应用前景。     

认知功能研究中神经振荡交叉节律耦合应用研究进展

神经振荡交叉节律耦合(cross-frequency coupling,CFC)指不同神经元集群振荡节律之间的交叉调制作用,反映了大脑在不同时空尺度的局部场电位、脑电等神经电生理活动信息的传递与交流机制,是认知神经功能研究的重要工具。本文简要介绍了CFC基本现象与类型,并综述了在动物与人类认知功能研究的典型应用,归纳了现存的主要问题并展望其未来研究动向,以期为促进相关研究与应用提供新思路。