与作业无关的新异刺激对猕猴额叶神经元延缓期反应的作用

在猕猴执行延缓辨别作业和单纯辨别作业时,观察了与作业无关的新异刺激对额叶神经元延缓期放电的影响。在这两种作业中,延缓期在1—4s之间随机变化。此时,动物必须高度注意信号的变化,稍不注意即导致操作错误。此外,在延缓辨别作业中,动物在延缓期还要暂时记住暗示期的信号,单纯辨别作业则无此要求。在203个与作业相关的神经元中,有70个神经元在延缓期出现放电频率变化,其中见于延缓辨别作业者41个,见于单纯辨别作业者29个。实验结果表明,在这两种作业的延缓期所出现的神经元放电增多的反应,有着许多相同的特点。与课题无关的声、光、触、痛等刺激引起分心时,神经元的延缓期反应出现明显的变化,随之出现操作错误。多数神经元的反应受到抑制,但也有出现反应增强者,而且同一神经元对不同感觉模式的无关刺激可出现不同的效应,表现出不同程度的感觉模式特异性。此外,无关刺激在延缓期和在测试间歇期可产生不同甚至相反的效应。上述在延缓期出现反应的神经元主要位于额叶弓状沟上支内侧部的一定范围内。本文对实验结果进行了讨论,认为额叶神经元的延缓期反应,可能在很大程度上与注意有关。额叶神经元感觉模式各种程度的特异性可能是注意的通道选择性的神经基础。额叶的背内侧部,包括前额叶后部和运动前区前部     

去甲肾上腺素对猕猴额叶延缓辨别作业相关神经元活动...

To study the role of norepinephrine (NE) in the cognitive function of the brain, the effects of NE, tolazoline (TOL) and propranolol (PR) on the activity of frontal neurons were examined in 3 rhesus monkeys (Macaca mulatta) during the performance of a delayed visual discrimination go/no-go task. Of the 230 task-related neurons recorded from the area medial to the superior ramus of the arcuate sulcus, 159 neurons were tested with NE applied microiontophoretically. Of these tested neurons, 11 neurons were related to starting period, 28 neurons to cue period, 66 neurons to delay period and 54 neurons to response period. About 2/3 of these neurons increased in discharge rate in the task, and the rest decreased. For most of the neurons with decrease of discharge rate in the delay period, the discharge rate was further decreased during application of NE. During application of TOL or PR, the discharge rate was increased and the effect of NE was antagonized. The present results suggest that NE may play a role in the cognitive function of the frontal neurons, particularly in attention and short-term memory, and may be involved in the inhibitory process of the neuronal activities.     

猕猴执行痛、热延缓辨别作业时额叶神经元及肌电活动的观察

为研究额叶神经元对躯体痛、热刺激出现反应的机能意义,设计了痛、热延缓辨别作业对猕猴进行实验。痛和热仅在暗示期给予,要求动物对此不立即作出行为反应。而是暂时记住这个信号,等到行动期再作出反应。待作业正确率连续三天达90%以上,记录额叶神经元和两侧上肢肌肉的电活动.以观察神经元活动与信号刺激以及肌肉活动之间的关系。在记录的142个作业相关神经元中,与痛、热刺激相关者87个(66.4%)。其中22个仅对痛刺激、18个仅对热刺激起反应,47个对痛、热刺激都起反应(其中4个反应方向相反)。此外,有21个对痛、热、视都出现反应。其余仅对视觉刺激起反应。这些神经元主要位于额叶弓状沟上支内侧,包括前额叶和运动前区皮层。在两侧上肢12块肌肉中,除操作侧指总伸肌、尺侧腕屈肌和桡侧腕屈肌在压放杠杆时,可记录到短暂的肌电活动外,在作业的其它时期和其它肌肉均未记录到规律的肌电活动。这表明痛热刺激在暗示期引起的神经元反应与行为动作的发动没有直接关系,从而支持关于额叶皮层这一区域的神经元在对刺激物信号意义的辨别机制中,可能起着重要作用的假说。     

猕猴额叶神经元视辨别机能可塑性的研究

我们曾经提出,额叶神经元的反应,主要不是取决于刺激物的物理属性,而是与信号意义有密切的关系。为了验证这一看法,设计了两套作业,即视延缓辨别作业(作业Ⅰ)和视辨别反应作业(作业Ⅰ),对4只成年猕猴进行实验。两套作业都由1—4期组成,在第2期都有伪随机出现的红绿灯光信号,在第3期都要求动物密切注意随后的灯光信号变化。但是,作业Ⅰ要求动物对第2期出现的红绿灯光进行辨别,作业Ⅰ则要求对第4期的红绿灯光进行辨别。待动物学会作业,正确率达90％以上,在动物进行作业的同时引导额叶神经元放电。共记录作业相关神经元163个。其中作业Ⅰ98个,作业Ⅱ 65个。在作业Ⅰ中,神经元的反应多数出现在第2、3期,占该作业反应总数的70％。而在作业Ⅱ中,反应多数出现在第3、4期,也占该作业反应总数的70％。其次,作业Ⅰ第2期的神经元反应绝大多数对红、绿灯光有明显的特异性,而作业Ⅱ第2期的则没有,只有第4期的反应才有明显的特异性。本实验结果进一步支持了我们的上述看法,并且表明,额叶神经元对信号的反应主要是在学习中逐渐形成的,有很大的可塑性。     

去甲肾上腺素对猕猴额叶延缓辨别作业相关神经元活动的效应

为了研究去甲肾上腺素在大脑认知功能中的作用,在3只猕猴进行延缓辨别作业的同时,在额叶弓状沟上支内侧部的皮层区,记录了230个作业相关神经元的电活动。对其中159个神经元观察了微量电泳去甲肾上腺素、妥拉苏林或心得安的效应。这些神经元在作业各期的分布是:开始期11个,暗示期28个,延缓期66个,反应期54个。约2/3的神经元在作业中出现兴奋反应(放电增多),1/3为抑制反应(放电减少)。在延缓期出现抑制反应的神经元,绝大多数对去甲肾上腺素敏感。在电泳去甲肾上腺素时,神经元的自发放电减少,延缓期的抑制加深。电泳妥拉苏林或心得安则出现相反的效应,即自发放电增多,延缓期的抑制减弱或不出现抑制,并可拮抗电泳去甲肾上腺素的抑制效应。实验结果提示,在额叶弓状沟上支内侧皮层神经元的注意、短时记忆等认知功能中,可能有去甲肾上腺素参与作用,主要参与神经活动的抑制过程。