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皮层下听觉通路处理复杂时频信息的特性与机理研究

赵凌云  
【摘要】:自然界的声音通常具有复杂的内容,来源及时间属性,这要求动物和人的听觉系统能够快速、准确地编码和处理听觉刺激中复杂的频谱成分和随时间快速变化的信号。对于听觉复杂信息的处理,目前的研究还处于初级阶段,本文从复杂时间序列,复杂频谱,和时频联合特征三方面对大鼠下丘神经元对复杂声音的编码、适应性及其动态过程的特性及机理进行了系统研究。 首先,采用Oddball序列,对大鼠下丘神经元的新奇检测性质和刺激特异性适应(SSA)进行了系统的实验和数据分析工作。通过超过80个神经元的数据,确认了下丘神经元在发放率和首次发放潜伏期(FSL)上均存在SSA现象。进一步,本文详细分析了在Oddball序列中,神经元响应的动态过程,对长时程的适应进行了指数和幂函数的拟合,比较了发放率和FSL在适应时程上的区别。分析了短时程上的动态特性。采用一个简单的线性模型,通过拟合参数发现下丘SSA现象与刺激近期历史和刺激的全局概率均有关系。另外,本文测试了一部分神经元对于声强和调制频率的新奇检测,没有发现SSA现象。 第二,采用随机频谱刺激(RSS),测试了下丘神经元对具有复杂频谱结构的声音的响应特性,并利用RSS的一阶模型拟合RSS权重,发现大部分下丘神经元的RSS权重可以描述神经元的频率选择性,通过两个预测指数的计算,定量评价了RSS的有效性。 第三,针对文献报道的听觉时频感受野(STRF)与刺激属性相关的问题,通过线性系统的方法为神经元的时频感受野及信息处理进行建模。依据互信息及神经能耗的优化,导出了神经元在不同刺激属性下线性滤波器的最优参数,并和感受野的形式进行对应。仿真结果表明,模型可以定性预测STRF的形式以及当刺激声强增大时,STRF的变化趋势。 另外,本研究还在实验平台方面有诸多改进。提高了标记电极位点的损毁及染色的技术,并尝试开发用于清醒大鼠记录的固定装置。


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