猫外膝体神经元兴奋和抑制过程的相互作用

用神经脉冲自动计数的方法,定量地研究了猫外膝体神经元兴奋与抑制过程在时间和空间上的相互作用。1.时间上的相互作用:在亮度变化瞬间,神经细胞的兴奋或抑制过程增强,表现为放电频率暂时地明显增加或减少。这一作用持续的时间(适应时间),瞬变细胞约0.1秒,持续性小感受野细胞约4～8秒,持续性大感受野细胞约40～80秒。2.空间上的相互作用:改变被照射视网膜面积的大小,同时计算神经元的平均放电频率,可以确定外周抑制区的存在、范围和强度。外周抑制可以同时作用于给-撤细胞的给光反应和撤光反应,也可以选择地只抑制其中某一种反应。纯撤光细胞没有外周抑制区。具有大感受野的外膝体神经元,其感受野的大小与背景光的强度有关。在高亮度情况下,感受野变小,有利于改善分辨率;在低亮度下,感受野扩大,有利于提高灵敏度。     

猫外膝体神经元时间频率调谐特性的研究

用示波器产生亮度受正弦波调制的小光点刺激清醒猫外膝体神经元的感受野,以不同调制频率下神经元放电的平均频率为指标,分析了126个细胞感受野中心的时间频率调谐特性,主要结果如下。(1)大多数(93.7%)细胞呈调制-兴奋型反应,即刺激光的时间调制在一定频率范围内使放电频率增加;少数(6.3%)细胞呈调制-抑制型反应,即在一定频率范围内,时间调制使放电减少。(2)根据调谐曲线的形状和通带宽度,调制-兴奋型反应包括带通滤波器和低通滤波器两种类型,其110个调谐曲线的峰值分布接近正态曲线,多数细胞对7Hz 的调谐最敏感。调制一抑制型反应包括带除滤波器和低除滤波器两类。(3)调制-兴奋型曲线的通带旁边较當出现抑制性侧带,调制-抑制型曲线出现兴奋性侧带。(4)感受野中心区与外周区的时间频率调谐曲线的带宽和形状有所不同。     

外膝状体神经元的亮度反应与感受野ON-OFF反应的关系

外膝体是视觉信息进入新皮层的主要通路,其编码亮度信息的神经机制还不清楚.我们采用随机呈现的连续快速变化(50 Hz)的均匀亮度刺激,显著地提高了猫外膝体神经元对均匀亮度的反应强度,通过反相关算法抽提出神经元的亮度反应函数.约81%的神经元的亮度反应函数为单调性上升或下降,有19%的神经元亮度反应函数为V型.通过分析这些神经元对亮度上升和下降的反应强度与感受野ON和OFF反应强度的关系,表明83%的神经元对亮度的反应模式是由其感受野ON-OFF反应的相对强度决定的,其余17%则与其感受野ON-OFF区的兴奋和抑制的变化相关.这些结果揭示了外膝体神经元编码亮度变化的机制.     

研究: 外膝状体神经元的亮度反应与感受野ON-OFF反应的关系

外膝体是视觉信息进入新皮层的主要通路,其编码亮度信息的神经机制还不清楚.我们采用随机呈现的连续快速变化(50 Hz)的均匀亮度刺激,显著地提高了猫外膝体神经元对均匀亮度的反应强度,通过反相关算法抽提出神经元的亮度反应函数.约81%的神经元的亮度反应函数为单调性上升或下降,有19%的神经元亮度反应函数为V型.通过分析这些神经元对亮度上升和下降的反应强度与感受野ON和OFF反应强度的关系,表明83%的神经元对亮度的反应模式是由其感受野ON-OFF反应的相对强度决定的,其余17%则与其感受野ON-OFF区的兴奋和抑制的变化相关.这些结果揭示了外膝体神经元编码亮度变化的机制.     

猫外膝体神经元时间频率调谐特性的非序列脉冲间隔分析

用正弦调制的光点,刺激清醒猫外膝体神经元感受野中心,对25个细胞的非序列脉冲间隔直方图进行了分析,观察到在黑暗和恒定光照条件下,具有均匀、单模和多模三种分布类型。随着闪光频率的变化,在所有直方图上第二模出现的时程等于闪光周期,在细胞各自特有的敏感频率时,直方图上的模数最少,第一模频数最大。这些结果不仅与平均放电频率的变化相对应,也表明闪光所引起的细胞簇形放电,对其敏感频率同步最佳,脉冲数最多,密度最高。细胞放电图的这种闪光调制,有利于该细胞传递其偏爱频率的亮度变化信息。     

具有共同感受野的外膝体神经元的反应相位互补特性

用微电极在猫外膝体进行记录时,有时同一支微电极能同时记录到两个神经元放电,通常是一个给光中心细胞和一个撤光中心细胞。这一对神经元具有共同的感受野,并且对光刺激的反应类型也相同(同属于瞬变型细胞,或者同属于持续型细胞)。当正弦调制的光点投射在它们的感受野中心时,在不同的刺激强度下,给光中心细胞和撤光中心细胞的反应相位彼此相差半个周期(180°)。在低的刺激频率(5Hz)下,给光中心和撤光中心细胞的反应峰值延迟时间(相对于光调制信号的最大和最小值)也相同,表明它们具有相同的反应潜伏期。这种相位互补特性使具有共同感受野的一对细胞工作于“推挽”方式。对于瞬变型细胞来说,尽管它们在单独活动时显示半波整流特性,然而组成互补对以后则能传递全周期光调制信号。     

刺激家兔杏仁基底核对外膝体“ON”神经元感受野反应特性的影响

利用细胞外记录,在乌拉坦麻醉和三碘委按酚麻痹的３７只新西兰兔上,考察刺激杏仁基底核对外膝体神经元感受野反应特性的影响。实验观察到,在１１７个具有“ＯＮ”反应外膝体神经元中,４７个单位在电刺激杏仁基底核时不同程度地受到抑制或易化性影响,即细胞反应强度和／或感受野范围均有改变。产生这些影响的潜伏期为７－４１ｍｓ,最大时程约２８ｍｓ。撤除电刺激３ｍｉｎ后,感受野反应特性即告恢复。单独刺激杏仁核不能引起外     

平均亮度对猫外膝体瞬变细胞和持续细胞时间调谐曲线的影响

用正弦波调制的光点刺激麻痹的清醒猫外膝体神经元感受野中心,当平均亮度改变时,瞬变细胞的时间频率调谐曲线的形状和敏感频率没有或很少变化,与此相应,这些细胞的自发发放也不随未调制的光照水平而改变。持续细胞的调谐曲线的调幅大体随对未调制光照的平均发放水平的升降而增大或减小,但敏感峰不变。衰减平均亮度1—2对数单位,可使多数呈双峰的调谐曲线的高调频峰消失,对产生此变化的原因,曾加以讨论。     

用双摄象管系统模拟同心圆式感受野增强图象轮廓

我们用两个摄象管组成的同步摄象系统来模拟视觉系统同心圆感受野的功能:一个摄象管用聚焦的细电子束扫描来获取感受野中心的信息,另一个用散焦的粗电子束扫描来提供感受野外周的信息,然后用一个差分放大器实现两个区域输入的拮抗作用;差分放大器的输出即相当于视网膜神经节细胞或外膝体神经元的反应。通过改变中心区和外周区电子束的大小(电子束的聚焦情况)和敏感性(视频放大器增益),可以显示Mach 带,突出图象的边缘和拐角。     

用双摄象管系统模拟同心圆式感受野增强图象轮廓

我们用两个摄象管组成的同步摄象系统来模拟视觉系统同心圆感受野的功能:一个摄象管用聚焦的细电子束扫描来获取感受野中心的信息,另一个用散焦的粗电子束扫描来提供感受野外周的信息,然后用一个差分放大器实现两个区域输入的拮抗作用;差分放大器的输出即相当于视网膜神经节细胞或外膝体神经元的反应。通过改变中心区和外周区电子束的大小(电子束的聚焦情况)和敏感性(视频放大器增益),可以显示Mach带,突出图象的边缘和拐角。