论文部分内容阅读
神经系统对信息进行编码的方式长久以来一直是神经生物学、实验心理学以及计算信息科学中的重要研究问题。经典的神经编码理论强调神经元发放动作电位的频率在信息携带过程中起主要作用。近期很多研究认为,动作电位发生的精确时间可以携带更多的信息,大脑皮层参与的许多知觉过程都采用了与此相关的编码方式。虽然,相对于动作电位的频率、数量、和震荡水平,时间上高度精确的模式发放在信息编码的能力上具有明显的优势:并且相当多的研究表明精确的动作电位发放与外界刺激和动物行为之间存在密切的关系,但是,大脑皮层会产生具有较长时间跨度和复杂时空结构的重复出现的动作电位模式活动这一命题依然存在相当的争论。有很多研究人员认为:探测到的重复出现的模式活动对于统计使用的假设模型十分敏感,这暗示着这些活动并不真的存在,而是由于随机碰撞产生的。最近有人提出在单个皮层神经元的突触后活动中存在皮层基序,这可能是神经网络模式活动在单个神经元上的映射。但是这一结论很快便遭到质疑。另有研究认为,所谓的突触后的重复发放序列也是由于随机碰撞产生的。
本研究使用以急性分离脑片全细胞膜片钳为主的实验方法,辅以蛋白免疫印迹、荧光定量PCR、免疫组织化学等多种实验技术,研究经验输入和基因表达对于幼年动物视皮层皮层基序发育的影响。研究结果显示:(1)正常饲养的出生后16—17天大鼠视皮层存在高于随机水平的皮层基序。(2)视皮层皮层基序的发育水平受到视觉经验输入的影响:黑暗饲养可以抑制这些皮层基序的正常发育,恢复正常光照后,皮层基序的发育水平可以很快得到恢复;在诱导皮层基序发育的过程中,光线中携带的信息而非其中的能量起了主要的作用;视皮层不同亚区皮层基序的发育对于输入信息类型的要求不同,次级视皮层外侧区皮层基序的发育需要静止信息刺激,而次级视皮层中央区的发育则需要运动信息刺激。(3)皮层基序不仅存在于EPSC序列中,IPSC序列中同样存在皮层基序。(4)敲除NB3基因抑制小鼠视皮层皮层基序经验依赖性的发育。
本研究使用干预经验输入和基因表达的方法影响幼年动物视皮层皮层基序的发育水平。首次证明皮层基序的发育受到经验输入(信息输入)的影响,基因表达在皮层基序经验依赖性的发育中起重要作用。多种刺激条件不但在很大程度上淡化了统计模型对实验结果的影响,从生理活动的角度证明了皮层基序是真实存在的,而且将信息编码与经验输入和系统发育结合起来,为生理性的研究信息编码开拓了新领域。