神经元放电活动的统计信号分析——Ⅰ.神经元放电活动的统计性质的描述

本文结合随机点过程的统计理论和数字信号分析原理探讨了几种神经元放电活动的信号分析方法.用放电间隔(ISI)的均值函数描述取值的集中位置随时间变化的情况,用ISI的变异系数函数描述放电过程离散程度的变化,用标准化自协方差函数(NACVF)描述放电过程的自相关性质.给出NACVF了与期望密度的关系式.并用实例将这些方法与传统方法作之对比.     

豚鼠背侧海马锥体细胞自发放电特征

实验采用细胞外玻璃微电极采集豚鼠海马神经元放电信号,并将信号转化为峰峰间期(interspike interval,ISI)以研究麻醉和清醒状态海马锥体细胞自发放电线性和非线性特点。实验建立了豚鼠海马锥体细胞与中间神经元电生理鉴别标准;麻醉和清醒状态下豚鼠海马CA1和CA3区锥体细胞自发放电频率、时程、复杂度等无显著区别;麻醉组豚鼠海马锥体细胞ISI序列的复杂度小于清醒组,锥体细胞分型和ISI变异度等表现不同。实验表明,麻醉和清醒状态下豚鼠海马锥体细胞自发放电呈不同线性和非线性特征。传统和非线性研究手段的结合,可能较全面地反映海马锥体细胞自发放电特性。     

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.     

电刺激诱导大鼠海马癫痫电网络神经信息分析

探讨电刺激致海马(hippocampus,HPC)癫痫网络的神经信息特征和M型胆碱能受体阻断剂东莨菪碱(scopolamine)对该信息特征的调制作用。实验用雄性SD大鼠45只,体重150￣250g。急性强直电(60Hz,2s,0.4￣0.6mA)刺激右侧后背HPC(acutetetanizationoftherightposteriordorsalhippocampus,ATPDH),双电极同步记录同侧HPC网络和单个神经元电活动。分析癫痫发作样高频电振荡(ripple)功率谱(powerspec-trum)、尖波连续发放峰间间隔(interpeakinterval,IPI)和单位时间内平均频率(Hz),并同步分析单个神经元放电脉冲间隔(interspikeinterval,ISI)的变化特征。发现:(1)ATPDH诱导的HPC癫痫放电模式主要包括rip-ple和具有稳定频率特征的尖波样连续发放;(2)东莨菪碱(i.p.)可以提前ripple第1组分最大功率(μV2)与单个神经元原发性单位后放电最大ISI出现的时间,对最大ISI的作用更明显;(3)东莨菪碱可以部分再现重复施加ATPDH诱导出现巨大尖波连续发放IPI和神经元放电ISI平行发展特征。结果提示:M胆碱能受体阻断剂东莨菪碱可以同时调制HPC癫痫网络成员电场和细胞的瞬时编码信息;而成员电场ripple功率谱/连续尖波IPI和神经元放电ISI点分布的对比研究,可以用于分析癫痫网络瞬时编码信息和药物生物学效应。     

大鼠视上核神经元自发放电节律的确定性机制

利用非线性动力学的方法 ,在多种生物数据中找到了确定性机制。大鼠下丘脑视上核(supraopticnucleus,SON)神经元自发产生不规则的放电。为了研究这些不规则放电是否含有确定性机制 ,用电流钳对大鼠SON神经元进行全细胞纪录,取动作电位峰峰间期序列(interspikeinterval,ISI)作为研究对象。采用一种新的检测时间序列非稳定周期轨道的方法分析ISI序列 ,发现ISI含有非稳定周期轨道族 ,即周期1 ,周期2 ,和周期3存在。结果表明 ,SON神经元的自发放电序列存在确定性的动力学机制。     

急性大鼠癫痫模型海马神经元原发性单位后放电脉冲间隔特征

受到刺激后即刻出现的海马（hippocampus,HPC）原发性单位后放电是癫痫相关性细胞电活动的重要形式之一,其放电脉冲间隔（interspike interval,ISI）和串内平均频率（Hz）特征及其在网络癫痫形成中的作用值得探讨。实验用急性强直电刺激（60Hz,2S,0．4-0．6mA）大鼠右侧后背HPC（acute tetanization of the fight posterior dorsal hippocampus,以后简称ATPDH）或右侧尾壳核（acute tetanization of the fight caudate putamen nucleus,以后简称ATRC）诱导HPC或皮层网络癫痫,重点观察HPC神经元原发性单位后放电模式和上述的瞬时时间编码特征。结果表明：（1）HPC原发性单位后放电表现为两种不同的放电模式,即先易化后抑制或先抑制后易化,其ISI序列分别表现为先小后大的“头尾”式分布或先大后小的“尾头”式分布。（2）ATFDH主要引起“尾头”式（35／57串）、而ATRC主要引起“头尾”式（12／22串）ISI点分布的原发性单位后放电,串内“头”、“尾”平均持续时间均具有明显差异（P〈0．05）。（3）ATRC可以诱导双侧HPC单位后放电出现交互的“头尾”、‘呢头”式ISI点分布特征。（4）多串电刺激可以诱导HPC原发性单位后放电特征性ISI点分布重复显现。（5）特征性HPC原发性单位后放电伴随出现网络癫痫发作样高频电振荡。这提示：强直电刺激诱导的HPC神经元原发性单位后放电“头尾”或呢头”式ISI序列分布规律,可以较准确地反映所记录神经元的诱发性易化或抑制活动的程度,用于网络癫痫形成中单个成员细胞癫痫相关性电活动机制的分析。     

乌拉坦对大鼠海马CA1区锥体神经元自发放电的抑制作用

为了深入研究麻醉药乌拉坦对大鼠海马CA1锥体神经元自发放电的作用及其机制,分析了10 mmol/L乌拉坦对自发放电、电压门控钠通道、电压门控钾通道的作用．从自发放电信号中计算了放电频率、提取了峰峰间隔序列(ISI)并利用样品熵和去趋势波动法对ISI进行了非线性分析．结果表明,乌拉坦不仅抑制了自发放电的频率,而且降低了自发放电ISI序列的复杂度并弱化了其长时程相关性．离子通道研究结果表明,乌拉坦显著地抑制了钠通道电流(I_Na),对延迟整流钾通道电流(I_K)和瞬时外向钾通道电流(I_A)虽然也有抑制作用但无统计学意义．由于乌拉坦不影响突触传递,因此它可能通过抑制I_Na使自发放电的阈值升高而降低放电频率,同时,由于参与的通道数量或活性降低而使得ISI的复杂度下降,长时程相关性弱化．     

黑质致密部神经元的反应性与放电型式的关系

通过研究黑质致密部（subastantia nigra compacta,SNc）神经元的放电型式与其对谷氨酸、多巴胺及缺氧敏感性的关系,探讨“非周期敏感”的现象在神经系统的普通性。在幼鼠的脑片胞外记录SNc神经元的自发放电,比较周期与非周期放电神经元对该三种刺激反应的敏感性,并对非周期放电神经元的动作电位峰峰间期序列（interspike interval,ISI）进行非线性动力学分析。结果表明,非周期放电神经元比周期放电神经元对上述三种缺少更敏感;非周期放电神经元的放电ISI序列含有非稳定周期轨道族,提示非周期放电存在确定的动力学机制。     

体感皮层神经元放电间隔的概率密度函数与分布参数

本文建立了估计ISI概率密度函数的标准化ISI直方图和分布参数拟合方法,对34例猫体感皮层神经元自发和诱发放电活动进行了统计分析.     

癫痫电网络重建过程中的海马-体循环动脉血压调节网络

目的:观察右侧海马(HPC)微量注射印防己毒素(PTX)诱导HPC癫痫电网络重建过程中HPG体循环动脉血压调节网络的形成.方法:将PTX(7.2μg)微量注射到大鼠右侧HPC诱发HPC癫痫,四通道同步记录左侧深部电图、单个HPC细胞外单位放电、左侧股动脉血压和标准Ⅱ导联心电图.结果:将PTX微量注射到右侧HPC后可以引起以下效应:①对侧HPC神经元长时程爆发式单位放电与单位后放电,并具有相似的脉冲间隔(interspike intervals,ISI)点分布;②延迟对侧HPC神经元爆发式单位放电与相对应的股动脉血压下降发生的时间关系;③出现复合式的对侧HPC神经元爆发式单位放电或单位后放电和股动脉血压下降耦合;④具有相似点分布特征的对侧HPC网络波峰间隔(interpeak intervals,IPI)和单个神经元ISI共同参与了HPC-体循环动脉血压调节网络的构成.结论:将PTX微量注射到右侧HPC可以在诱导对侧HPC癫痫网络形成的同时通过特征性的瞬时编码形式调制HPC-体循环动脉血压调节网络的功能活动.     

山荆子腊叶标本表型性状变异分析

为了揭示山荆子表型性状的变异程度和规律,以150份山荆子腊叶标本为材料,选择20个表型性状,统计基本参数并进行聚类分析.结果表明:叶的平均变异系数(CV=32.67%)大于果的平均变异系数(CV=20.7%),果的性状稳定性较高,叶性状中叶柄长变异系数(CV=38%)最大,叶宽位/叶长变异系数(CV=13.29%)最小;果实性状中果径宽位/果柄长(CV=29.37%)变异最大,变异最小的性状是果长/果径(CV=13.10%);选用平均欧氏距离对各地方居群的20个表型性状进行UPGMA聚类,在距离5阈值处,可以划分为5类,在欧氏距离6阈值处,可划分为3大类.     

螨虫样本变异系数、均值及由此组建的幂函数关系和抽样模型

通过对椴始叶螨Eotetranyehus tiliarium(Herm.)及其捕食性植绥螨样本数据的统计分析,作者建立和论证了样本变异系数与均值间的幂函数方程CV=a-bx.结果证明,这一方程是客观存在的,定量反映了变异性与均值间相互影响的统计规律性.当它与t分布概率值及相对精度D值组合时,就构成了抽样模型n=(t/D·a-bx)2;对于同类研究,这一模型具备理论意义与实用潜力.本文据此估算了椴始叶螨和植绥螨的最佳样本含量.     

大鼠海马癫痫电网络重建中爆发式放电神经元的活动

本文探讨双侧海马(hippoeampus,HPC)神经网络中爆发式放电神经元(bursting-firing neurons,BFN)的活动规律及其与海马癫痫网络重建的关系。实验用雄性SD大鼠140只(150-250 g),急性强直电刺激(60 Hz,2 s,0.4-0.6 mA)右后背HPC CAl区(acute tetanization of the posterior dorsal hippocampus,ATPDH),同步记录同侧或对侧前背HPC单位放电和深部电图;强直电刺激右前背HPC(acute tetanization of the anterior dorsal hippocampus,AT-ADH),同步记录双侧前背HPC单位放电。实验共记录了13.8％(19/138)双侧前背HPC的BFN,其中13个为刺激诱发性BFN,6个为自发性BFN。强直电刺激引起的诱发反应包括:(1)ATPDH明显调制同侧前背HPC的BFN,产生规则的节律性爆发式放电,刺激后串内动作电位间期(bursting interspike interval,BISI)减小(P<0.001);(2)AT-PDH引起对侧前背HPC的BFN出现抑制后轻度调制效应,刺激后动作电位间期(interspike interval,ISI)增大(P<0.001);(3)ATADH后易化对侧前背HPC的自发性BFN节律,增加ISI(P<0.001)和IBI(P=0.01);(4)ATPDH诱导双侧前背HPC的BFN产生规则的节律性爆发式放电,伴有同步或非同步性网络癫痫的形成。上述实验结果提示,ATPDH沿同侧HPC长轴,跨大脑半球诱发前背HPC单个BFN的形成,其节律性爆     

温度对神经元网络活动的影响

利用多通道微电极阵列上培养的海马神经元网络,通过分析28～41℃范围内不同温度时网络自发放电频率．幅度和相邻峰电位时间间隔(interspike interval,ISI)的变化,探讨了温度对网络活动的影响。发现温度升高过程中放电频率、幅度呈不同程度增大的趋势,峰电位数目的变化程度随其间隔的增大呈减小趋势。结果表明体外培养的胎鼠海马神经元的网络活动具有温度敏感性。     

引起神经元“非周期敏感现象”的分岔机制

实验发现神经元平均发放率变化率在放电脉冲序列串(ISI序列)呈非周期节律时普遍大于ISI呈周期节律时的平均发放率变化率,称为“非周期敏感现象”。以HR神经元模型和胰腺β-细胞模型为例,在合适的参数改变量作用下观察到了“非周期敏感现象”,并进一步讨论了平均发放率变化率与ISI序列动力学性质的关系。发现当ISI序列经历混沌-周期分岔时“非周期敏感现象”表现明显,尤其在ISI序列经历从混沌到嵌入在混沌中的周期窗口的分岔时表现最为显著。进一步的分析表明周期窗口在整个混沌带中所占测度较大,故混沌．周期分岔及从混沌到嵌入在混沌中的周期窗口分岔是引起神经元“非周期敏感现象”的一种重要动力学机制。实验结果支持上述结论。     

肠道病毒EV71疫苗效力国家参考品的协作标定

目的建立肠道病毒71型(Enterovirus 71,EV71)疫苗效力参考品,用于EV71疫苗效力的小鼠ED50检测质量控制。方法选取经Ⅲ期临床试验验证具有良好保护效果的一批EV71疫苗作为候选参考品,采用EV71小鼠ED50检测方法,对候选参考品进行效力的协作标定及适用性研究。结果候选参考品在各实验室的ED50均值分别为9.5~51.0 U,CV为3.8%~18.7%;5个实验室总均值为23.5 U,CV为60.9%。各实验室检测结果均符合正态分布;3个EV71灭活疫苗与参考品均表现出了良好的剂量效应关系,中和抗体阳转率均随疫苗稀释度的增加而降低,下降曲线形态相近。当以候选参考品为标准,3个灭活疫苗的体内效价比均值分别为2.7倍、0.8倍和0.9倍;CV分别为5.5%、27.5%和11.2%。结论建立的EV71疫苗效力国家参考品(320 U/0.5 m L),可用于EV71疫苗效力的小鼠ED_(50)检测质量控制。     

选择性5-HT1A受体拮抗剂WAY-100635增加6-羟多巴胺损毁大鼠杏仁基底外侧核的神经活动

本文采用玻璃微电极细胞外记录法,观察正常大鼠和6-羟多巴胺(6-hydroxydopamine,6-OHDA)损毁黑质致密部大鼠杏仁基底外侧核(basolateral nucleus,BL)神经元电活动的变化,以及体循环给予选择性5-HT1A受体拮抗剂WAY-100635对神经元电活动的影响.结果显示,正常大鼠BL投射神经元和中间神经元的放电频率分别足(O.39±0.04)Hz和(0.83±0.16)Hz,6-OHDA损毁大鼠BL投射神经元和中间神经元的放电频率分别足(0.32±0.04)Hz和(0.53±0.12)Hz,与正常大鼠相比无显著差异.在正常大鼠,所有投射神经元呈现爆发式放电;94%的中间神经元为爆发式放电,6%为不规则放电.在6.OHDA损毁大鼠,85%的投射神经元呈现爆发式放电,15%为不规则放电;86%的中间神经元为爆发式放电,14%为不规则放电,与正常大鼠相比无显著差别.静脉给予0.1 mg/kg体重的WAY-100635不改变正常大鼠和6-OHDA损毁人鼠BL投射神经元和中间神经元的放电频率.然而,0.5 mg/kg体重的WAY-100635却显著降低正常大鼠BL投射神经元的平均放电频率(P<0.01),明显增加6-OHDA损毁大鼠BL投射神经元的平均放电频率(P<0.004).高剂量WAY-100635不影响正常大鼠和6-OHDA损毁大鼠BL中间神经元的平均放电频率.结果表明,黑质多巴胺能损毁后内在和外在的传入调节BL神经元的活动,在正常大鼠和6-OHDA损毁大鼠5-HT1A 受体调节投射神经元的活动,并且在6-OHDA损毁大鼠WAY-100635诱发投射神经元平均放电频率增加.结果提示,5-HT1A 受体在帕金森病情感性症状的产生中起重要作用.     

P物质在脊髓水平对心血管活动的影响

为阐明起源于延髓,下行达脊髓侧角的P物质(SP)纤维在心血管活动中的作用,我们在乌拉坦麻醉的大鼠上进行了以下实验:(1)在完整大鼠脊髓蛛网膜下腔注射(ith)SP(15nmol/10μl),观察到内脏交感神经放电、心率及平均动脉血压均有明显升高。(2)在颈_1(C_1)横断脊髓的大鼠,ith 相同剂量相同体积的SP 却引起内脏交感神经放电及平均动脉血压轻度下降,心率稍有增加。(3)C_1 横断脊髓的大鼠静脉注射相同剂量的SP 则引起平均动脉血压急速降低及内脏交感神经放电增加,提示SP 在脊髓水平的直接作用系通过抑制交感传出放电而引起血压降低。(4)用ith PS 的1/10剂量、1/5体积给完整大鼠脑池注射(ici),观察到血压及内脏交感神经放电增加,但心率没有变化。 上述结果表明,(1)SP 作用于脑和脊髓,对心血管功能可能有不同的作用。(2)ith SP对完整大鼠心血管功能的作用是多途径的。     

静脉注射雌二醇对不同性周期雌鼠蓝斑中去甲肾上腺素能神经元放电的影响

静脉注射雌二醇可使非发情期雌鼠蓝斑(LC)中去甲肾上腺素(NE)能神经元放电增加,发情期雌鼠LC中NE能神经元放电减少。非发情期雌鼠LC中NE能神经元自发放电频率与注射雌二醇后放电频率之间存在着正相关。摘除卵巢雌鼠LC中NE能神经元放电频率比发情期、非发情期雌鼠均显著减少,但对雌二醇的反应与非发情期雌鼠相似,仍为放电增加。结果提示:静脉注射雌二醇可改变LC中NE能神经元的放电。此效应可能反映了内源性雌激素水平及LC中NE能神经元兴奋性的密切关系。     

荷包牡丹碱和印防己毒素诱发的脊兔膈神经呼吸样电活动

实验用家兔共71只。乌拉坦浅麻醉,麻痹肌肉,颈_1或颈_2 横断脊髓,记录膈神经电活动。43例中,25例出现紧张性电活动,无一例自行恢复呼吸样节律放电。24例于脊髓蛛网膜下腔(i.s.s.)内给荷包牡丹碱(BCL,20μg/10μl—40μg/20μl i.s.s.),13例给印防已毒素(PIC,20μg/20μl,i.s.s.或3—5mg/kgbt i.v.),能诱发出长串的呼吸样放电(串长在0.25s以上)或短串的抽搐样放电(串长在0.1s 以下)。长串放电,按其募集与去募集特点,可分为三型: Ⅰ型,排放频率平均为23.5±2.3串/min(BCL),出现率为58.5%(BCL)或67.7%,(PIC);Ⅱ型,排放频率平均为33.8±4.7串/min(BCL),出现率为39.3%(BCL)或32.3%(PIC);Ⅱ型,排放频率平均为21.3±2.8串/min(BCL),出现率为2.2%(BCL)或3.3%(PIC)。放电持续时间平均为60.0±18.9min(BCL)或42.0±0.8min(PIG)。Ⅰ型和Ⅱ型放电均具呼吸样放电的特点,Ⅰ型和Ⅱ型的出现率共占长串放电的97.8%。本工作提示:脊髓內源性 GABA 系统对脊髓“呼吸”具有紧张性抑制作用。