视网膜神经节细胞对自然刺激的时空反应模式

神经系统信息处理的理论研究和计算结果表明,视皮层可以通过稀疏编码 (sparse coding) 模式来处理自然刺激信息.神经元群体中,单个神经元在大多数时间里没有强的脉冲发放 (时间维稀疏性,lifetime sparseness),而针对某一刺激,只有少数神经元在特定的时间内发放 (空间维稀疏性,population sparseness).从神经元放电的时间和空间模式两个方面考察了视网膜神经节细胞群体对自然刺激(电影)的编码方式,并同实验室常用的伪随机棋盘格刺激下视网膜的反应模式进行比较,分析了视网膜神经节细胞反应的稀疏性指标,并深入探讨了其内在的时间和空间特点.结果提示,视觉系统在其最初阶段——视网膜——即开始采用一种高效节能的稀疏编码方式来处理自然视觉信息,单个神经元的时间维稀疏性节省了代谢能量消耗,而群体神经元中邻近神经元的动态成组协同发放,提高了信息向突触后神经元传递的有效性.     

小鸡视网膜神经节细胞的反应特性: 多电极记录研究

视网膜主要进行视觉信息的初级加工和处理. 应用多电极记录技术, 对一小块保持功能活性的小鸡视网膜上的多个神经节细胞的电活动进行同步记录, 然后通过相关非线性分析方法检测提取动作电位. 对视网膜神经节细胞群体活动特性的分析, 说明了视觉信息不仅为神经元的放电频率所编码, 也为相邻神经元的协同放电活动所携带.     

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。     

视网膜神经节细胞的协同活动以及信息编码

在脊椎动物的视觉系统中,信息的初级处理发生在视网膜.随着多电极记录技术的发展,视网膜神经节细胞的协同活动在不同物种中被广泛地观察到.然而,协同活动在视觉信息处理中的作用还不清楚,并且存在一定的争议.本文回顾了近些年关于视网膜神经节细胞协同活动的相关研究,对协同活动的分类、检测以及生理功能进行讨论.     

非成像视觉的光信号转导与环路结构功能

感知外界环境并做出响应是生物体的基本特征,而感光是多数生物最重要的感知觉之一.生命体为此特化出了复杂的感光机制,不仅用于形成图像视觉,也帮助生物根据光环境调节相应的生理功能,如瞳孔光反射和生物节律的光授时.这些感光功能统称为非成像视觉功能,主要由一类新近发现的自感光视网膜神经节细胞所介导.自感光视网膜神经节细胞有别于传统的视锥视杆细胞,自发现以来,逐渐积累的研究证实了这类神经元投射到丰富的皮层下结构,并参与包括睡眠节律和情绪调节等多种生理功能.本文旨在回顾有关自感光视网膜神经节细胞光信号转导与皮层下环路的重要发现和最新进展,并针对领域的趋势和待解决问题进行展望.     

昆虫视觉电生理技术研究进展

昆虫视觉电生理技术是研究昆虫感光细胞和视觉神经元电学特性的重要技术,包括视网膜电位技术(ERG)和微电极细胞内记录技术(MIR)。ERG技术记录的是昆虫的视网膜对不同光刺激产生的电压或电流变化,这种反应发生在细胞外。MIR则是记录昆虫的单个感光细胞或视觉神经元对不同光刺激产生的电压或电流变化,这种反应发生在细胞内。昆虫电生理技术有助于探究昆虫视觉对光的电生理响应机制和明确昆虫敏感光谱和光感受器类型。本文介绍了ERG和MIR的基本结构及原理,总结了近20年来两种技术在昆虫感光电生理方面的应用,可为阐明昆虫对光的感受机制以及利用昆虫的趋光性防治害虫提供参考。     

GABA拮抗剂荷包牡丹碱对猫外膝体神经元方位调谐特性的影响

在十二只成年猫上用多管玻璃微电极记录了外膝体神经元对不同空间频率和不同方位的移动正弦光栅刺激的反应,共详细测定并对比研究了３８个方位敏感性细胞在微电泳荷包牡丹碱前后的方位调谐特性。在最优空间频率附近的较低空间频率下,微电泳荷包牡丹碱后,外膝体细胞的方位敏感性强度（Ｂｉａｓ）降低,而在截止频率附近的较高空间频率下,微电泳前后外膝细胞的方位敏感性强度（Ｂｉａｓ）从总体上看没有显著变化。结果表明,以空间频率为截止频率附近的移动正弦光栅作为刺激,外膝体细胞的方位敏感性可能主要是由视网膜神经节细胞的兴奋输入所形成,而非外膝体内抑制机制所致。     

视网膜双极细胞的突触传递

双极细胞是视网膜中处于信号传递的直接通路中的中间神经元,以带型突触传递由分级电位编码的视觉信号。近年来,应用膜电容测定、钙光成像等技术,对双极细胞递质释放的特点及动力学特性进行了细致的研究,不仅有助于阐明这些细胞独特的生理功能,也对了解以带型突触传递信号的感觉神经元的功能特性提供了启示。     

四指马鲅视网膜早期发育的组织学研究

本文采用石蜡连续切片技术、H.E染色和显微测量法,对四指马鲅(Eleutheronema tetradactylum)早期发育过程中视网膜的结构、分化和形成过程以及视觉特性进行了研究。结果显示,受精后8 h54 min,视杯已经形成。初孵仔鱼视网膜没有分化。2日龄仔鱼可以清晰的辨认出色素上皮层、外核层、内核层和神经节细胞层。3日龄仔鱼内核层已经分化出水平细胞、双极细胞和无长突细胞。4日龄仔鱼视网膜10层结构完整。9日龄至14日龄,外核层胞核数目与神经节细胞数目的比值增大,视网膜会聚程度升高,是该鱼视觉特性发生变化的过渡期,这与其从浮游到浅海中下层和泥沙质海底活动的生态迁移相适应。在生长发育的早期阶段,其视网膜内核层水平细胞仅有1到2层,属于感光系统不甚发达的类型。该鱼在仔鱼浮游生活阶段,视敏度较高,视觉对其行为和摄食活动具有重要作用,适应生活于光照较充足的环境中,转入浅海中下层和泥沙质海底后,光敏度和视敏度均较差,视觉在其行为和摄食活动中不具有主要作用。     

听觉电生理实时分析系统及其在大鼠下丘信息编码研究中的应用

基于TDT神经电生理软硬件平台和Matlab软件环境,开发了专用于听觉电生理研究的实时分析软件。通过对神经元胞外记录信号的在线处理和分析,可以在实验过程中得到刺激后放电活动时间直方图、平均发放率、首次发放潜伏期等定量分析结果,以及刺激参数变化时神经元发放率的变化曲线,如发放率-刺激强度曲线等。此分析软件被用于大鼠下丘神经元听觉信息编码的研究中,观察到下丘神经元对于纯音和噪声刺激不同的时间响应模式,以及神经元发放率和首次发放潜伏期对声音刺激强度的编码。     

大鼠视皮层神经元电生理和形态学特性在发育中的变化

为研究大鼠不同发育阶段视皮层神经元电的生理学与形态学特性,实验观察了神经元电生理和形态学特性的变化与年龄的同步化程度,探讨视皮层视觉依赖性突触的形成和重新分布的细胞内机制。应用脑片膜片钳全细胞记录技术和细胞内生物家标记相结合的方法,记录4—28d SD大鼠视皮层神经元的突触后电流(postsynaptic currents,PSCs)。共记录156个大鼠视皮层神经元,睁眼前与睁眼后组中无反应型细胞数量,多突触反应型细胞数量、细胞的输入阻抗有显著性差异。成功标记23例神经元,不同年龄的神经元的形态学成熟度不同。低输入阻抗神经元在形态学上属成熟型,高输入阻抗神经元属幼稚型。该结果表明,大鼠在发育过程中,视皮层神经元功能的成熟表现为在形觉刺激以及局部神经元网络的整合作用下的视觉依赖性突触的形成和重新分布。在视觉发育可塑性关键期内,视皮层神经元形态和电生理特性的变化与年龄的同步化程度大于皮层下结构。     

视觉编码的快速学习

活动依赖的神经可塑性在视觉皮层信息处理过程中起着很重要的作用。该文将讲述几个关于视觉刺激引起皮层反应发生快速变化的研究工作。在体膜片钳的实验结果表明,将视觉刺激与能够诱发孽个视皮层神经元发放动作电位的电刺激相偶联可以改变神经元的感受野特性。单电极和多电极胞外记录的实验结果显示,反复地给予自然图形电影刺激,不仅能增加视皮层神经元反应的可靠性,而且能造成之后的自发活动中存在“记忆的痕迹”。最后,用电压敏感染料成像的方法对群体细胞活动进行考察,结果提示视觉活动之后的皮层回放可能是由皮层波介导的。     

胶质细胞引导神经元建立突触

早在 1997年 ,Ｂａｒｒｅｓ等就报道过胶质细胞可以促进突触间的联系。与胶质细胞共同生长的神经元突触的活跃程度是独自生长的神经元的 10倍。他们推测 ,胶质细胞在某种程度上放大了神经元发出的信号或者提高了神经元接受信号的敏感度。后来 ,Ｂａｒｒｅｓ实验室又选定视网膜神经节细胞为实验对象 ,这些神经元细胞在体外可以不依赖胶质细胞而存活。结果表明 ,这些神经元生长在胶质细胞周围 ,即使没有接触到胶质细胞 ,对多种刺激的反应程度也比那些独自生长的神经元要强出 7倍。研究组还发现了几种与突触建立相关的蛋白质 ,同样 ,前者聚集蛋…     

多重视觉表征:从视网膜坐标到空间坐标

视觉系统基于映射到视网膜上的像来获取外部世界的信息,因此,视觉信息首先在视网膜坐标系中进行编码和表征。然而,大量的研究显示,眼睛的注视方向对视觉皮层神经元的活动强度具有广泛的调节作用,这一机制能够实现基于视网膜以外参考坐标的视觉加工过程。近些年的研究发现,视觉信息能在多种不同的参考坐标下进行表征,这些机制在稳定的视觉表征、多感觉模态整合与视觉运动信息转换中起到重要作用。     

高浓度葡萄糖对C57小鼠视网膜神经节细胞的视觉反应特性的影响——一项离体生理研究

本研究旨在观察视网膜神经节细胞在高浓度葡萄糖下的视觉反应特性.实验中,视杯平铺于记录腔,Ames缓冲液灌流,单细胞外记录小鼠(Mus musculus)视网膜神经节细胞.实验结果表明,高糖条件下,ON神经节细胞的平均感受野大小(34.1±2.9,n=14)明显小于OFF神经节细胞的(49.3±0.3,n=12)(P0.0001).高渗条件下,可以观察到类似的模式,即ON神经节细胞的平均感受野大小小于OFF的(P0.0001).ON神经节细胞的平均亮度阈值在高糖(P0.0001)或者高渗(P0.0002)条件下明显升高.OFF神经节细胞的平均亮度阈值在相同条件下(高糖:P0.01;高渗:P0.0002)也有升高.在高渗条件下,ON神经节细胞的平均对比增益明显低于OFF神经节细胞的(P0.015).而在高糖条件下,ON神经节细胞的平均增益明显高于OFF神经节细胞的(P0.0001).这些结果表明,高糖可缩小神经节细胞的感受野,降低亮度敏感度,减弱对比增益.高糖对ON和OFF神经节细胞的影响可能是通过不同的机制进行的.     

半滑舌鳎仔、稚鱼视网膜结构与视觉特性

对1-50d半滑舌鳎仔、稚鱼视网膜和全长50mm的半滑舌鳎幼鱼视网膜结构和视觉特性进行了研究。结果表明:(1)3d仔鱼色素层形成,15d仔鱼没有显著的视网膜运动反应,25d时具有正常感受自然光的明视功能,43d半滑舌鳎稚鱼适应自然光的功能丧失;(2)半滑舌鳎仔鱼阶段感受细胞主要为高密度的单锥,视杆细胞和双锥细胞出现的较晚;单锥融合成双锥时,由于半滑舌鳎视锥细胞椭圆体细长,融合程度较差,尽管在视网膜横切面上能够看到双锥,但在切向切面上仍呈现单锥排列方式;随其生长发育,视锥和神经节细胞密度降低,视杆细胞密度增加,31d后视杆细胞数量显著增加;同时,外核层细胞核与神经节细胞的比值增大,网络会聚程度提高;相关数据表明,20-31d是视网膜结构和视觉特性发生明显变化的过渡时期,这是与半滑舌鳎从浮游生活到底栖生活生态环境的变化相适应的;(3)半滑舌鳎内核层结构特殊,50mm时只有1层水平细胞,属感光系统不发达类型,双极细胞和无长突细胞共4-5层,但不可分辨;内核层细胞层数的减少,基本上没有分化的水平细胞、双极细胞和无长突细胞,说明半滑舌鳎视网膜的光敏感性不高;(4)半滑舌鳎仔鱼浮游生活阶段视敏度较高,视觉在捕食行为中具有重要意义;底栖生活后,视敏度和光敏感性都较差,视觉在捕食行为中不可能具有重要作用     

小鼠视网膜神经节细胞树突在出生后不同发育时期的生长特点

目前,神经元发育过程中树突的生长特点备受关注.利用体外视网膜培养,森林脑炎病毒(SFV)转染和适时观察的实验方法,对出生后不同发育时期神经节细胞树突生长情况进行了研究.结果显示,随着出生后发育的进行,视网膜神经节细胞的树突经历了一个从活跃到比较稳定的生长过程,即小鼠出生时(P0)树突处于非常活跃的状态中,而P13时树突则比较稳定,P3和P8时处于前两者的一种中间状态.对同一发育时期不同种类节细胞树突生长情况的分析表明,不同种类神经节细胞之间树突生长的特点没有明显差别.由于小鼠是目前应用最广泛的哺乳动物模型,本实验为进一步研究视网膜神经节细胞树突发育的调控机制提供了基础.     

视网膜神经节细胞感受野的一种新模型：Ⅱ.神经节细胞方位选 …

在前文建立的二维视网膜神经节细胞含大周迷感受野模型基础上,结合生理实验模拟了神经节细胞的方位选择性特性。文中采用椭圆感受野的观点解释了方位选择性的成因。并通过中心区以外区域对中心区方位选择怀的复杂调制组合,展示了感受野不同亚地方位选择性的影响作用;指出方位选择性的成因是感受野椭圆亚单元的存在,感受野复杂的方位选择性是由于中心和周边在不同刺激条件下竞争的不同结果造成的;同时指出对椭圆感受野,倍频反应     

γ节律振荡机制在视觉研究中的新进展

γ节律振荡是大脑皮质中常见的,频率在30～80 Hz之间的神经振荡模式,在初级视觉通道中能观察到多种起源的γ节律振荡.在小鼠、猫与猴V1的视觉诱发的γ节律振荡主要起源于L2/3和L4B,并对刺激参数敏感.猫与小鼠初级视觉通道(视网膜、LGN与V1)中观察到起源于视网膜由亮度诱发的高频γ节律振荡;在猴LGN却没有观察到γ节律振荡,而在V1上记录到亮度诱发的γ活动.γ节律振荡的产生与抑制性中间神经元网络有重要的关系,其中抑制性中间神经元中PV细胞被认为与自发γ节律振荡的产生相关. SOM细胞的参与对低频γ节律振荡(20～40 Hz)的产生起到关键作用;而光栅诱发的高频γ节律振荡(65～80 Hz)主要与PV细胞有关.动物在不同生理状态、发育阶段与脑疾病状态下光栅诱发的γ节律振荡存在较大差异,反映大脑对视觉信息加工的变化.     

鲫鱼视网膜明、暗适应状态NADPH黄递酶染色的比较

在鲫鱼视网膜上考察了明、暗适应两种状态下视网膜细胞的NADPH黄递酶染色的不同.在暗适应5h的视网膜中,视杆和视锥的内段、部分水平细胞呈深度染色.部分无长突细胞和神经节细胞也有染色.此外,Muller细胞对NADPH黄递酶染色是强阳性.在明适应的视网膜中,光感受器的内段、神经节细胞的染色则较浅,而Muller细胞和水平细胞则呈阴性反应.此外,视杆去极化型双极细胞则清楚地被染色.无长突细胞在两种状态下的染色没有显著差异.Muller细胞,部分水平细胞和视杆去极化型双极细胞中存在诱导型一氧化氮合成酶,其诱导与否取决于视网膜的适应状态.