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。     

刺激中缝背核调制小脑间位核神经元电活动

刺激中缝背核（ｄｏｒｓａｌｒａｐｈｅｎｕｃｌｅｕｓ,ＤＲ）可以引起小脑间位核（ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｄｎｕｃｌｅｕｓ,ＩＮ）神经元抑制,兴奋和双相（抑制－兴奋和兴奋－抑制）３种不同类型的反应,其中以抑制反应为主（７６．０％）,多数细胞的反应潜伏期〈３０ｍｓ。ＩＮ细胞的自发放电频率为５－１２０Ｈｚ,自发放电频率高的神经元群体对ＤＲ刺激的反应率却比自发放电频率低的群体低。静脉注射５－ＨＴ２／１ｃ受体阻断剂     

蜜蜂下行神经元的光反应特征

利用电生理细胞外记录方法研究了蜜蜂下行神经元对光的反应特征以及与水平方向上光刺激角度的关系。 光刺激主要引起下行神经元的给光反应和撤光反应,持续性反应很弱。下行神经元的反应依赖于光刺激强度,在一定的强度范围内,随着光强度增大,反应强度也增大根据改变刺激角度引起的反应,在水平方向上最敏感,张角最大,约大于40°。     

大鼠尾核头部对中缝大核神经元单位活动的影响及其可能途径

用玻璃微电极细胞外记录大鼠中缝大核(NRM)神经元的单位放电。共记录277个细胞,NRM 神经元自发放电频率大都在每秒0.5—20次之间,平均为6.41 Hz。其中221个神经元被电刺激尾所激活,35个被抑制,21个无明显变化。NRM 神经元对躯体刺激的反应类型与自发放电的特征有关,兴奋型神经元的自发放电频率较低((?)=4.96Hz),而抑制性神经元的自发放电频率较高((?)=15.03 Hz)。在24例兴奋型神经元中,刺激尾核头部能够激活大多数 NRM 神经元的自发放电和抑制其伤害感受性反应。导水管周围灰质微量注射纳洛酮(2.5ug/0.5μl,n=15)。能够明显阻断刺激尾核头部激活 NRM 神经元自发放电和抑制伤害感受性反应的效应。     

运动结构背景对视觉系统神经元反应的调制作用

对蟾蜍的５６个视顶盖神经元的视觉反应进行了定量考察和分析,发现它们不仅对黑目标起反应,也对结构目标起反应．同相运动的结构背景使５３．５％的神经元的反应完全抑制,而异相运动则只有１０％的神经元完全被抑制,却有２１．６％的神经元反应增强．遮盖感受野（ＲＦ）中心区,则同相运动使某些细胞脱抑制,而异相运动使其抑制强度稍有增强．遮盖ＲＦ的外周区,几乎全部研究过的神经元对结构背景运动本身也起反应。本研究还发现,如果预先将一目标放在兴奋性感受野（ＥＲＦ）中央静止不动,并使结构背景在水平方向匀速移动较长时间后突然停止运动,则被研究过的６６个视盖神经元中有２９个发放一串脉冲,即神经元的运动后放电．各个神经细胞放电的脉冲多寡不一。若在ＥＲＦ中央不放置静止目标,仅是结构背景的水平运动不能诱发放电．此效应的出现,既与目标背景间反差符号（即目标为白色或黑色）无关,也与背景的运动方向无关。为诱发这一效应,不仅要求背景运动时间较长（至少在２０秒以上）,而且目标的面积要有足够大。     

猫外膝体细胞方位方向敏感性与时间空间频率的关系

在１２只成年猫上,用微电极记录了外膝体神经元对不同方位（方向）的移动正弦光栅刺激的反应,测定了细胞在不同时间、空间频率下的方位、方向调谐特性。在一定的时频范围内,外膝体神经元的方位敏感性受时间频率的影响不大,而方向敏感性受时间频率的影响相对较大：在其它参数不变的情况下,改变时间频率可产生相当不同的方向调谐特性。外膝体神经元一般在近于截止频率的较高空间频率下具有较强的方位敏感性,而在近于最优空间频率的较低空间频率下呈现出较强的方向敏感性。多数方位、方向敏感性细胞对空间频率的依赖较大,即只在一个较窄的空间频率范围内呈现出它们的敏感性或随空间频率的不同敏感性强度产生较大的变化;也有少数方位、方向敏感性细胞在较宽的空间频率范围内呈现明显的方位、方向敏感性。结果提示,外膝体神经元的方位敏感性和方向敏感性的产生,有着不同的时间、空间机制     

大鼠延髓头端腹内侧区甩尾相关神经元在电针镇痛中的可能作用

在浅麻醉状态下的大鼠,用辐射热烫尾并同步记录延髓头端腹内侧区神经元单位放电,按紧随甩尾动作发生前细胞放电频率的变化而将其分为甩尾前放电骤停的撤型细胞,放电骤增的给型细胞和无变化的中性细胞。电针双侧“次髎”穴引起动物甩尾反射抑制时,撤型细胞自发放电增加,与电针前相比差异显著(P<0.001),给型细胞电针后自发放电频率的改变与电针前相比无显著差异(P>0.05),两类细胞的甩尾相关反应均被抑制。结果提示:撤型细胞可能是延髓头端腹内侧区参与针刺镇痛的主要传出神经元。     

视网膜神经节细胞空间传输特性的模拟

以新近提出的同心圆感受野模型为基础。从感受野大工上周区内各亚区之间的抑制性相互作用入手,对视网膜神经节细胞的各种空间传输特性进行了模拟,通过改变外周亚区间抑制性相互作用的敏感度和有效范围,可逼真地模拟神经节细胞的各种不同的面积反应函数,用该模型来处不同空间频率的正弦光栅时,它既能很好地传递图像的高频成份,又可十分有效地提升被感受野中心／外周拮抗机制所衰减了的低频信息,此外,由于该模型引进了外周亚区     

神经节细胞群体同步放电模式编码的感受野特性

应用多电极同步记录技术,对牛蛙视网膜神经节细胞在伪随机棋盘格刺激下的放电活动进行胞外记录。依据记录到的神经节细胞放电情况,利用一种数据压缩算法,通过最大化压缩放电序列的信息熵,对多个神经节细胞进行群体划分,得到同步放电神经节细胞群体。利用基于动作电位的刺激平均法(spike triggered average,STA),分别计算出每个同步放电神经节细胞群体内单个神经节细胞放电活动所编码的感受野(单细胞感受野),以及群体内所有神经节细胞同步放电活动所编码的感受野(群体感受野)。计算结果显示,对于所有神经节细胞群体,约80%神经节细胞群体的群体感受野面积小于群体内所有单细胞感受野面积的平均值,约60%神经节细胞群体的群体感受野面积小于群体内任意单细胞感受野面积。在棋盘格刺激下,神经节细胞放电活动会发生对比度适应。进一步以群体感受野面积小于群体内任意单细胞感受野面积的神经节细胞群体为研究对象,考察群体感受野在对比度适应过程中的动态变化,结果显示,85%神经节细胞群体的群体感受野面积在适应后期变小。     

大鼠杏仁核簇与痛觉调制的关系

目的：研究伤害性刺激对大鼠杏仁核簇中各亚核痛反应神经元电活动的影响。方法：用串电脉冲刺激坐骨神经作为伤害性刺激,用玻璃微电极引导神经元放电。结果：杏仁核簇中多个亚核均存在痛反应神经元。伤害性刺激使痛兴奋神经元(PEN)诱发放电频率增加;使痛抑制神经元(PIN)诱发放电频率降低,并出现放电频率极低现象;两类神经元电活动相互配合。腹腔注射吗啡(10mg／kg)可以对抗伤害性刺激对痛反应神经元的作用。结论：杏仁核簇中的部分亚核在感受、整合和传递痛觉信息方面起一定作用,是中枢神经系统控制和处理痛觉信息的一个组成部分。     

猫纹状皮层神经元整合野的形状和范围

用正弦调制的移动光栅测量了１２０个猫纹状皮层神经元在长度和宽度方向上的空间整合特性。结果表明：（１）大多数细胞的传统感受野具有长宽相近的结构,然而它们的整合野多数是宽而短或者窄而长的长条形。（２）整合野大小为传统感受野的２—７倍,平均为３．７倍。简单细胞与复杂细胞整合野的大小没有显著差别。（３）随着感受野的视网膜偏心度的增加,整合野大小有逐渐增大的趋势。（４）感受野靠近视网膜垂直中线的细胞,其整合野可以跨越中线进入同侧视野;在两半视野中整合野的范围没有显著差异,但是同侧视野整合野的作用强度明显弱于对侧视野。以上结果提示,初级视皮层神经元能够对大范围内的图形特征进行整合,这种整合作用来自两侧视野。