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研究目的：本论文的研究基于Wigner-Ville Distribution (WVD)方法,对大鼠在工作记忆过程中前额叶皮层多通道局部场电位(Local Field Potentials, LFPs)进行相位同步分析,研究LFPs在与工作记忆有关的0及1γ频段的相位同步模式及其对工作记忆事件的编码。并细化研究了在γ频段中带宽为2Hz的各个分量的相位同步模式及其对工作记忆事件的编码,为研究工作记忆的神经编码机制提供神经计算支持。研究方法：1.实验数据：本论文所用的实验数据由天津医科大学神经工程实验室提供。在SD大鼠前额叶皮层植入16通道微电极阵列。应用在体多通道数据记录技术,获取4只大鼠在Y迷宫工作记忆过程中前额叶皮层50次训练中的16通道数据。选取足以表征工作记忆全过程的7s数据作为研究对象。2.数据预处理：对记录到的16通道原始数据进行低通滤波(0.3～500Hz),得到的低通信号为16通道LFPs。分别拟合各个通道的LFP获得其拟合曲线,从原始的LFP中减去拟合趋势项,得到零均值的16通道LFPs。3.进行LFPs的FFT分析,获得大鼠在工作记忆过程中LFPs的能量集中的频段(40-60Hz)。4.获取16通道LFPs的不同生理频段：应用带通滤波方法将16通道LFPs分解为各个生理频段分量和高频Y分量；其中0.3-3 Hz为d波,4-12 Hz为θ波,12-15Hz为a波,15-30 Hz为B波,30-80 Hz为γγ波,80-500Hz为高频Y波。5.提取16通道LFPs的瞬时相位：应用Hilbert变换提取16通道LFPs及其各个频段分量的瞬时相位。6.参考通道的选取：选取平均放电频率最高的通道作为参考通道。7.移动窗口大小及移动步长的选取：选取窗口为50ms,移动步长为12.5ms。8.多通道信号的动态WVD分析：(1)WVD分析方法初始窗口开始,逐个计算每个窗口中各个通道LFP的不同频段分量相位对参考通道相位序列的非线性WVD项；然后计算每个窗口中各通道LFP的不同频段的相位序列的线性WVD项,分别获得该频段非线性与线性WVD项的动态分布模式,研究LFPs同步振荡虽工作记忆事件的编码。(2)窄频带WVD分析因为Hilbert变换适用于窄带信号,为了对频带较宽的生理频段研究结果的有效性进行验证,本论文进一步在编码工作记忆事件的关键γ频段进行WVD分析。应用小波包分析进行尺度为9的γ频段(30-80 Hz)小波包分解,分解信号带宽为2Hz。γ频段分别对应第9层小波包的第16～40个小波包,对应的频段为30-32Hz-78-80Hz.对于获得的带宽为2Hz的不同频段的小波包分量进行WVD分析。从初始窗口开始,计算每个窗口中各通道LFP的不同频段的相位序列对参考通道相位序列的非线性WVD项,然后计算每个窗口中各通道LFP的不同频段的相位序列的线性WVD项,获得在γ频段中每个2Hz范围中LFP的非线性与线性WVD项的同步振荡的时空分布模式。结果：本论文应用WVD分析了4只SD大鼠各10次实验在Y迷宫的工作记忆实验过程中前额叶皮层的16通道LFPs及其θ、γ分量相位的同步模式,并细化研究了在γ频段中带宽为2Hz的各个分量的相位同步模式。主要研究结果如下：1.工作记忆事件发生期间,多通道LFPs能量主要集中在40-60Hz范围中。2.工作记忆事件发生期间,4只大鼠各10次实验在各个生理频段参考点前2s内的非线性WVD值如下：d频段非线性值：0.1451±0.0231、0.1685±0.0289、0.1972±0.0217、0.1989±0.0328；θ频段非线性值：0.1771±0.0134、0.1834±0.0122、0.1619±0.0105、0.1480±0.0139；a频段非线性值：0.1560±0.0654、0.1774±0.0736、0.2013±0.0105、0.1881±0.0605；β频段非线性值：0.1555±0.0644、0.1814±0.0559、0.2020±0.0228、0.1585±0.0393；γ频段非线性值：0.1742±0.0114、0.1364±0.0126、0.1671±0.0423、0.1618±0.0372。经t检验,大鼠前额叶皮层多通道LFPs在θ和γ频段的非线性WVD项有明显的同步振荡(P<0.05)。而d、a、β频段的非线性WVD项无同步振荡(P>0.05)。3.工作记忆事件发生期间,4只大鼠各10次实验在各个生理频段参考点前2s内的线性WVD值如下：d频段的线性值：0.3769±0.0314、0.3654±0.0270、0.3723±0.0361、0.3438±0.0284；θ频段的线性值：0.3449±0.0121、0.3505±0.0104、0.4076±0.0232、0.3947±0.0106；a频段的线性值：0.3660±0.0322、0.3565±0.0313、0.3682±0.0418、0.3546±0.0230；β频段的线性值：0.3665±0.0296、0.3525±0.0204、0.3675±0.0415、0.3842±0.0331；γ频段的线性值：0.3478±0.0619、0.3975±0.0368、0.4024±0.0376、0.3809±0.0421。经t检验,大鼠前额叶皮层多通道LFPs在θ频段的线性WVD项有明显的同步振荡(P<0.05),而d、a、β、γ频段的线性WVD项无同步振荡(P>0.05)。4.工作记忆事件发生期间,4只大鼠各10次实验在40-42Hz-58-60Hz参考点前2s内的非线性WVD值如下：40-42Hz非线性值：0.1778±0.0121、0.1987±0.0017、0.2301±0.0193、0.2282±0.0164；42-44Hz非线性值：0.1782±0.0392、0.1941±0.0433、0.2235±0.0587、0.2154±0.0381；44-46Hz非线性值：0.2428±0.0282、0.2266±0.0031、0.2901±0.0174、0.3227±0.0137；46-48Hz非线性值：0.1792±0.0091、0.1960±0.0150、0.2220±0.0162、0.2071±0.0013；48-50Hz非线性值：0.1795±0.0310、0.1741±0.0372、0.2162±0.0407、0.2045±0.0341；50-52Hz非线性值：0.1528±0.0293、0.1706±0.0396、0.1953±0.0462、0.1870±0.0334；52-54Hz非线性值：0.1489±0.0292、0.1684±0.0181、0.1990±0.0227、0.1959±0.0235；54-56Hz非线性值：0.1763±0.0081、0.2011±0.0133、0.2207±0.0125、0.2162±0.0120；56-58Hz非线性值：0.1608±0.0113、0.2070±0.0142、0.2316±0.0108、0.2231±0.0054；58-60Hz非线性值：0.1725±0.0169、0.2040±0.0128、0.2276±0.0115、0.2242±0.0137。经t检验,大鼠前额叶皮层多通道LFPs在40-42Hz、44-46Hz、46-48Hz、54-56Hz、56-58Hz、58-60Hz的非线性WVD项发生明显的同步振荡(P<0.05)。而42-44Hz、48-50Hz、50-52Hz、52-54Hz的非线性WVD项没有发生同步振荡(P>0.05)。5.在工作记忆事件发生期间,4只大鼠各10次实验在40-42Hz～58-60Hz参考点前2s内的线性WVD值如下：40-42Hz线性值：0.3442±0.0685、0.3352±0.0623、0.3394±0.0664、0.3145±0.0661;42-44Hz线性值：0.3438±0.0698、0.3398±0.0512、0.3460±0.0494、0.3273±0.0661；44-46Hz线性值：0.2792±0.0235、0.3073±0.0201、0.2794±0.0170、0.2200±0.0194；46-48Hz线性值：0.3438±0.0789、0.3379±0.0553、0.3475±0.0526、0.3256±0.0461；48-50Hz线性值：0.3425±0.0498、0.3598±0.0523、0.3533±0.0416、0.3382±0.0615；50-52Hz线性值：0.3692±0.0406、0.3633±0.0378、0.3742±0.0270、0.3557±0.0217；52-54Hz线性值：0.3731±0.0282、0.3655±0.0312、0.3705±0.0195、0.3468±0.0267；54-56Hz线性值：0.3457±0.0790、0.3328±0.0596、0.3488±0.0516、0.3265±0.0474；56-58Hz线性值：0.3612±0.0522、0.3269±0.0796、0.3379±0.0682、0.3196±0.0556；58-60Hz线性值：0.3495±0.0673、0.3299±0.0784、0.3419±0.0589、0.3185±0.0563。经t检验,大鼠前额叶皮层多通道LFPs在44-46Hz的线性WVD项有明显的同步振荡(P<0.05)。而40-42Hz、42-44Hz、46-48Hz、48-50Hz、50-52Hz、52-54Hz、54-56Hz、56-58Hz、58-60Hz的线性WVD项没有发生同步振荡(P>0.05)。结论：1.在大鼠Y迷宫的工作记忆过程中,前额叶皮层多通道LFPs在40-60Hz能量集中,为与工作记忆密切相关的频段。2.在大鼠Y迷宫的工作记忆过程中,应用WVD分析LFPs发现θ和γ频段的非线性WVD项同步振荡明显,有效编码了工作记忆事件：d、a、β频段的非线性WVD项没有出现同步振荡,不能有效编码工作记忆事件。而应用WVD分析LFPs发现0频段的线性WVD项同步振荡明显,γ频段的线性WVD项未出现同步振荡。表明WVD分析的有效性。3.(1)在大鼠Y迷宫的工作记忆事件过程中,应用WVD分析LFPs,发现在γ频段40-42Hz、44-46Hz、46-48Hz、54-56Hz、56-58Hz、58-60Hz的非线性WVD项同步振荡明显,能够有效编码工作记忆事件,42-44H、48-50Hz, 50-52Hz、52-54Hz的非线性WVD项未发生同步振荡,不能有效编码工作记忆事件。(2)在大鼠Y迷宫的工作记忆事件过程中,应用WVD分析LFPs,发现整个γ频段不能反映LFPs在γ频段的同步编码,但γ频段的44-46Hz出现同步振荡,可以编码工作记忆事件。