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     

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。     

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。     

猕猴前额皮层神经元对信号刺激和无关刺激反应的比较研究

在两只已建立视觉分辨行为以及一只未经训练的猕猴上记录了前额皮层主沟区的单位放电,视觉分辨作业包括下列事件;（1）暗示信号红光（在R模式中）或蓝光（在B模式中）（1.30^s);(2）延缓期（2.10s);（3）反应期出现白光（1.88s)在R模式中动物必需在白光出现后立即拉杆以避免电击在B模式中不给予电击,要求动物不拉杆,共记录了127个前额皮层单位,其中80个单位的放电变化与视觉分辨作业的事件相关,占总数的63%,在测试间歇期内观察了前额皮尾神经元对无关的短声\闪光以及闪烁的红、蓝和白光的反应,总共对96个单位进行了短声和/或闪光刺激的测试,其中23个（24%）对上述刺激产生反应,并大部分（15个）是与行为作业中事件相关的单位,在对103个单位进行闪烁的红、蓝、白光测试中,发现只有12个（12%）单位有反应,在另一只未经训练的猕猴的前额皮层主沟区记录了100个单位,发现只有4个（4%）单位对无关的光刺激有反应,这些光刺激的物理性与上述实验中所采用的刺激相同,以上结果表明,通过学习具有行为意义的刺激能引起更多的前额叶神经元的放电活动,也就是说前额叶神经元对具有行为意义的刺激的反应是在学习过程中形成的,它们的活动是可塑的。     

清醒猕猴前额叶和运动前区神经元多感觉活动的观察

本实验对清醒猕猴前额叶和运动前区神经元多感觉活动进行了观察。在动物进行课题操作中记录单神经元放电。课题中包括视、痛、热三种感觉刺激。在所记录的338个课题相关神经元中,对一种感觉刺激呈现反应者156个,对两种刺激反应者94个,对三种刺激都反应者88个。为了观察不具有信号意义的感觉刺激的作用,在课题操作的间歇期给动物以痛、热、视、听、触等自然刺激。在测试的176个课题相关神经元中,仅72个神经元对自然刺激呈现反应。其中对一种感觉刺激反应者45个,对两种刺激反应者19个,三种者5个,四种者3个。多数神经元对痛(N=33),视(N=30)和热(N=29)刺激呈现反应,仅有3个神经元对声音,9个神经元对触刺激出现反应。绝大多数神经元位于弓状沟上支内侧的颗粒和无颗粒皮层内。本实验表明,痛、热、触、视、听觉等投射到额叶皮层的相同部位,不同程度地会聚到同一神经元上。有信号意义的刺激与没有信号意义的刺激相比,前者可激活更多的神经元。     

猕猴前额叶皮层神经元在视觉延缓分辨活动中的放电活动

在已学会颜色延缓分辨的3只猕猴上,用钨丝微电极记录前额叶背外侧部皮层神经元的放电活动,着重分析神经元放电活动与颜色延缓分辨活动的各个时期之间的相互关系。延缓分辨任务开始时,同时把红色光和绿色光分别投射在测试板上的两个显示窗上,约持续1.2s(暗示期)。颜色光熄灭后2—4s(此为延缓期),各自位于每一显示窗下的两个反应键同时向猴方推出。自此,反应期开始,动物应马上有选择地作出按键反应。如果动物作出正确选择按红色光下的反应键,则给少量桔子汁作奖励。共记录了155个前额皮层单位。其中40个单位的放电频率在动物完成视觉延缓分辨作业过程中没有明显变化,另外115个单位与该任务的某些时期有关。大多数单位(n=99)在反应键推出时,或者在按反应键的前后有放电频率变化。这99个单位中,15个在暗示期和反应期内放电活动有变化(CR 型单位),13个在延缓期和反应期内放电活动有变化(DR 型单位),42个只在反应期内或反应期后放电频率出现变化(R 型单位),其余29个单位则在分辨任务的各个时期都显示出放电活动变化(CDR 型单位)。上述这些单位中,有少数单位在动物作出正确反应时的放电型式与动物作出错误反应时的放电型式有明显不同。此外,即使动物对任务测试不作出按键反应时,也观察到16个单位的放电活动在任     

生长发育过程中金黄仓鼠视皮层中Cholecystokinin(CCK)阳性神经元的变化及CCK睁眼效应观察

利用免疫组织化学方法对生后发育过程中金黄仓鼠视皮层中ＣＣＫ阳性神经元的出现时间和分布层次的变化进行了观察。利用多功能图象分析仪（ＭＰＶ）对生后不同年龄段动物视皮层阳性神经元的数量和胞体大小进行定量测定。ＣＣＫ阳性神经元在动物生后第７天开始出现,主要分布在第Ｖ,ＶＩ层;神经元的相对数量为３．９％,阳性胞体的平均面积为１９．９μｍ２生后第１２天动物开始睁眼时,其神经元的分布层次、胞体数量及胞体大小均达到成年动物的水平,其阳性神经元主要分布在第ＩＩ－ＩＶ层,神经元相对数量为８．０％,其胞体面积为７３．２μｍ２。根据ＣＣＫ阳性神经元在睁眼期的出现率、分布层次及胞体大小都达到成年动物水平这一特点,给新生鼠施加ＣＣＫ,证明视皮层中ＣＣＫ与动物生后睁眼的迟早有一定相关性     

恒河猴、懒猴和树鼩的短时空间记忆功能与前额叶背侧部进化水平的相关性(英文)

本文研究探讨了进化地位不同的三种动物的短时空间记忆功能及其与前额叶背侧部进化水平的相关性。结果表明,在延缓反应作业中,经1000次训练后,7只恒河猴对空间位置的记忆时间平均为7.7±3.2min,懒猴为3.8±0.44min,而树鼩即使在延缓时间几乎为零秒的延缓反应中,其正确反应率也未达到90％标准。一种延缓时间仅测试一个单元,即不经训练的实验表明,恒河猴在延缓期为“0”—5min的各测试单元中,正确反应率稳定在80％以上;懒猴在延缓时间为“0”—4min的各测试单元中,平均正确反应率与恒河猴无明显差异,而当延缓时间增加到5min时,在延缓反应作业中取得的成绩显著下降;树鼩在延缓时间为1—5min的作业中取得的正确反应率在70％以下。3种动物在视觉辨别学习作业中却无明显差异。形态学研究表明,灵长类大脑前额叶的面积和结构的复杂性在进化过程中逐渐增大,如恒河猴大脑前额叶的表面积占大脑半球表面积的11.5％(Brodmann,1929),其内颗粒层发达,背侧部明显凸起,主沟区发达;懒猴的前额叶表面积占其大脑半球表面积的8.3％,背侧部凸起不显著,主沟未形成,额极内颗粒层分化明显,背侧部的内颗粒层较内侧部的发达程度差(Sanides,1967);树鼩的前额叶表面积占7.5％,额极的内颗粒层分化不明显,为非颗粒化区,此区之后为颗粒区     

金黄仓鼠视觉中枢的甘氨酸免疫阳性神经元

用免疫细胞化学方法研究了甘氨酸在金黄仓鼠视觉中枢的分布特征, 并应用统计学方法进行了定量分析.结果表明：在视皮层中, 除了Ⅰ层以外, 甘氨酸免疫阳性神经元分布在其他各层内, 其平均密度为1 046/mm²,占视皮层细胞总数的23.9％.上丘浅灰层及视觉层甘氨酸免疫阳性神经元平均密度为750/mm²,占该层细胞总数的19.5％.外膝体中甘氨酸免疫阳性神经元密度较低.甘氨酸免疫阳性神经元包括不同类型的细胞.     

生长发育过程中金黄仓鼠视皮层中Cholecystokinin(CCK)阳性神经元的变化及CCK睁眼效应观察

利用免疫组织化学方法对生后发育过程中金黄仓鼠视皮层中ＣＣＫ阳性神经元的出现时间和分布层次的变化进行了观察。利用多功能图象分析仪（ＭＰＶ）对生后不同年龄段动物视皮层阳性神经元的数量和胞体大小进行定量测定。ＣＣＫ阳性神经元在动物生后第７天开始出现,主要分布在第Ｖ,ＶＩ层;神经元的相对数量为３．９％,阳性胞体的平均面积为１９．９μｍ＾２生后第１２天动物开始睁眼时,其神经元的分布层次、胞体数量及胞体大小均     

猕猴执行痛,热延缓辨别作业时额叶神经元及肌电...

To study the functional implication of neuronal responses in frontal cortex to noxious and innocuous heat stimuli, experiments were carried out on two monkeys (Macaca mulatta) during performing a delayed discrimination GO/NO-GO task. The animals were trained to hold a lever for at least 3 s in the response period when an innocuous heat stimulus had been applied to the forearm in the cue period, or release it within 1 s with a noxious one. After a criterion of 90% of correct responses in 3 successive days was reached, single neuronal activity was recorded from the frontal cortex along with EMGs from six muscles in both arms. Of 142 task-related neurons recorded, 87 (66.4%) were related to heat, 34 to visual, and 21 to both visual and heat stimuli. Among the heat-related neurons, 22 were responsive to noxious heat, 18 to innocuous heat, and 47 to both. Of the neurons responding to both noxious and innocuous heat stimuli, 4 neurons showed changes in discharge rates, depending on the type of stimuli. In most cases, muscular activities just appeared at the moment of lever pressing and/or releasing in m. extensor digitorium communis, m. flexor carpi ulnaris and m. flexor carpi radialis of the performing arm. No regular muscular activities appeared in other muscles and in other periods of the task. The result showed that the neuronal responses in frontal cortex elicited by heat stimuli in the cue period were not related directly to the initiation and modulation of behaviours.(ABSTRACT TRUNCATED AT 250 WORDS)     

猕猴F2及F4区皮层神经元在空间有序运动中的放电活动

用胞外单位放电记录的方法,研究了猕猴在执行记忆引导的空间有序运动（ＭＳＳ）时,大脑皮层弓形沟距背侧Ｆ２及腹侧Ｆ４区的放电活动。对于以绿色为暗示信号的ＭＳＳ－Ｇ任务,在暗示期,Ｆ２（７８．２％）比Ｆ４区（４１．５％）有更多的细胞发生放电变化（χ＾２＝１５．２,Ｐ＜０．００５）;在图形期,Ｆ４（６７．９％）比Ｆ２区（４５．４％）有更多的细胞发生放电变化（χ＾２＝５．５,Ｐ＜０．０５）;在触摸反应期,Ｆ     

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.     

猴运动前区皮层神经元在顺序行为中的放电活动

本工作猴运动前区（ＰＭ）皮层神经元在视觉图表引导的有序运动行为中的放电活动,并在与记忆信息完成的空间顺序行为（ＭＳＳ）中的活动作了比较。为为训练三只猴同时学会ＦＲＳ和ＭＳＳ任务。对１１１个神经元的统计分析表明,它们在ＦＲＭＳ和ＭＳＳ暗示期中发生放电频率变化的均有一半以上。反应期里有放电频率变化的比例也很高;图形期里,ＦＲＳ中的比例比ＭＳＳ中的高出很多。它们对不同运动顺序呈现明显的选择性。对在动物完     

Differential encoding of factors influencing predicted reward value in monkey rostral anterior cingulate cortex

Background

The value of a predicted reward can be estimated based on the conjunction of both the intrinsic reward value and the length of time to obtain it. The question we addressed is how the two aspects, reward size and proximity to reward, influence the responses of neurons in rostral anterior cingulate cortex (rACC), a brain region thought to play an important role in reward processing.

Methods and Findings

We recorded from single neurons while two monkeys performed a multi-trial reward schedule task. The monkeys performed 1–4 sequential color discrimination trials to obtain a reward of 1–3 liquid drops. There were two task conditions, a valid cue condition, where the number of trials and reward amount were associated with visual cues, and a random cue condition, where the cue was picked from the cue set at random. In the valid cue condition, the neuronal firing is strongly modulated by the predicted reward proximity during the trials. Information about the predicted reward amount is almost absent at those times. In substantial subpopulations, the neuronal responses decreased or increased gradually through schedule progress to the predicted outcome. These two gradually modulating signals could be used to calculate the effect of time on the perception of reward value. In the random cue condition, little information about the reward proximity or reward amount is encoded during the course of the trial before reward delivery, but when the reward is actually delivered the responses reflect both the reward proximity and reward amount.

Conclusions

Our results suggest that the rACC neurons encode information about reward proximity and amount in a manner that is dependent on utility of reward information. The manner in which the information is represented could be used in the moment-to-moment calculation of the effect of time and amount on predicted outcome value.