小鼠视网膜神经节细胞双峰反应机制及编码特性研究

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视网膜是视觉系统的重要组成部分，对视觉信号进行初级处理。神经节细胞是视网膜的输出神经元，将光刺激信号以动作电位的形式进一步向更高级的视觉中枢传递。
　　研究表明神经节细胞在不同的视觉刺激条件下会呈现出丰富的放电活动模式，并且利用多种编码方式：频率编码、时间结构编码以及群体活动编码等，有效地编码外界刺激。在全域闪光刺激下，神经节细胞上观察到多种对光反应特性：给光反应，撤光反应，给光-撤光反应，和放电模式：瞬时型反应及持续型反应等。神经节细胞不同的反应类型与视网膜中丰富多样的神经元回路有关，并且不同的神经元回路的编码方式亦有所差异。除此之外，在全域闪光刺激下某些神经节细胞会呈现一种特定的“双峰”反应模式：即此类神经元反应的刺激前后时间直方图上呈现两个峰值。在刺激施加后，神经元的放电频率会出现第一次增长，之后下降到一个比较低的水平，然后该神经元会经历再一次高发放过程。本论文以小鼠视网膜为实验标本，利用平面多电极系统记录小鼠视网膜神经节细胞在全域闪光下的放电活动，研究了小鼠视网膜神经节细胞双峰反应产生的可能机制以及其编码特性。研究结果主要包括三个部分：第一部分考察了神经节细胞双峰反应的基本反应特性；第二部分主要结合药理学方法，研究了视网膜内抑制性通路对小鼠神经节细胞双峰反应特性的影响，进而探讨了其可能的产生机制；第三部分通过分析双峰细胞在不同视觉刺激持续时间下反应特性的变化（放电频率和反应延时），研究了其不同放电反应特征在信息编码中的作用。
　　主要结果包括：（1）双峰反应的两个峰呈现不同的反应特性：第一个峰延时短，放电频率高，持续时间短，最长持续时间不超过50毫秒，其特性与神经节细胞的短延时反应相似；而第二个峰延时较长，放电频率较低，持续时间分布范围广，从几十毫秒到几百毫秒，特性与神经节细胞的长延时反应相似。（2）GABA和甘氨酸介导的抑制性通路对双峰反应起着重要的调节作用：外源性的GABA和甘氨酸可以较大程度地抑制神经节细胞双峰反应中第二个峰的放电活动，而对第一个峰的影响较小。GABA受体拮抗剂PTX和甘氨酸受体拮抗剂strychnine不能改变双峰反应模式，却可以在某些瞬时型神经节细胞上诱导出另一个延迟较长的反应成分，使原本的瞬时型神经节细胞呈现出双峰反应模式。（3）在识别不同刺激持续时间的实验中，同时考虑第一个和第二个峰特性时，刺激识别的正确率显著高于只考虑一个峰特性时。综合以上研究结果我们推测，双峰反应的两个峰可能来源于不同的视网膜回路，并且它们都参与到了对刺激信息的编码中。这种特定的发放模式提高了视网膜神经节细胞对外界刺激的编码效率。
　　对神经节细胞特定反应模式的研究有助于拓展我们对视网膜神经元网络的了解以及神经节细胞编码方式的认识，对理解神经系统的编码特性也具有普遍意义，同时也为人工视觉的开发和利用提供了生物学依据。

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作者
严汝佳;
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作者单位

上海交通大学;

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授予单位上海交通大学;
学科生物医学工程
授予学位博士
导师姓名梁培基;
年度 2016
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类视网膜疾病;
关键词
视网膜; 神经节细胞; 双峰反应; 编码特性; 放电频率; 反应延时;

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