目标导向行为中鸽脑NCL区与Hp区LFP信号耦合研究

论文摘要

大脑中神经信号频率信息与动物行为密切相关,对研究不同行为下多脑区之间的信息传递与协同处理机制有很好的借鉴作用。鸽脑海马区（hippocampus,Hp）在目标导向行为中负责记忆存储,弓状皮质尾外侧区（nidopallium caudolaterale,NCL）具有对信息的感知和整合能力,目前研究尚不清楚两个脑区之间的神经信号是如何传递与影响。针对这一问题,本文以目标导向行为中鸽脑Hp区与NCL区的局部场电位信号（local field potential,LFP）为研究对象,采用相位-幅度耦合、相位转移熵等方法,分析单个脑区以及Hp-NCL双脑区之间不同频带之间的耦合特性,研究低频-高频耦合与目标导向行为的联系,以及Hp区与NCL区的信息交互与传递机制。本文的研究得出了有趣的结果。具体的研究结果概括如下:（1）以相位-幅度耦合法提取出Hp区与NCL区单脑区LFP信号中的耦合特征,并分析得出该特征与转向行为的具体联系。在确定Hp区、NCL区theta频带与gamma频带是与转向行为有关的频带的基础上,以相位-幅度耦合法分析了每个脑区theta与gamma的耦合在行为过程中变化。各脑区的低频-高频耦合不仅变化过程不同,gamma在theta节律周期中的分布规律也明显不同。NCL区的低频-高频耦合包含了转向信息,Hp区的低频-高频耦合包含了位置信息。（2）Hp-NCL双脑区的低频-高频耦合与脑区间整体与局部的信息传递、整合有关。分析表明Hp区与NCL区两个脑区以2-12Hz的theta带振荡作为跨脑区通信的网络载体。来自Hp或NCL单脑区,与具体脑活动有关的高频gamma信息通过与低频theta耦合的方式来完成局部信息汇入整体网络的过程,从而实现Hp与NCL之间的信息交互。接着以相位相干法分析Hp区与NCL区的相位同步性,确定2-12Hz的theta带相比于其他频带,同步性在整个行为过程中一直处于较高水平。再以相位转移熵法分析了Hp-NCL之间的信息流向,结合各阶段的信息流向特性,证实了对跨脑区耦合解析的合理性,初步揭示Hp-NCL之间的信息交互机制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 研究现状
•     1.2.1 鸽脑NCL区与Hp区功能机制研究现状
•     1.2.2 目标导向行为中耦合研究现状
•   1.3 本文主要研究内容与创新点
• 2 目标导向行为的局部场电位采集与预处理
•   2.1 目标导向行为的实验方案
•     2.1.1 实验方案设计
•     2.1.2 行为训练范式
•   2.2 目标导向行为的局部场电位信号采集
•   2.3 局部场电位信号的预处理
•   2.4 本章小结
• 3 目标导向行为中单脑区局部场电位信号耦合特性
•   3.1 局部场电位信号响应频带的确定
•   3.2 Hp区局部场电位的低频-高频耦合特性
•     3.2.1 Hp区局部场电位低频-高频耦合的动态变化特征
•     3.2.2 Hp区局部场电位低频-高频耦合与目标导向行为联系
•   3.3 NCL区局部场电位的相位幅度耦合特性
•     3.3.1 NCL区局部场电位低频-高频耦合的动态变化特征
•     3.3.2 NCL区局部场电位低频-高频耦合与目标导向行为联系
•   3.4 本章小结
• 4 目标导向行为中Hp-NCL脑区间局部场电位的耦合特性
•   4.1 Hp-NCL脑区间低频-高频耦合特性
•   4.2 Hp-NCL脑区间相位同步性分析
•     4.2.1 相位同步性指标
•     4.2.2 Hp-NCL脑区间相位同步性分析
•   4.3 Hp区与NCL区局部场电位的信息流向
•     4.3.1 定向信息流的计算
•     4.3.2 基于相位转移熵的Hp-NCL信息流向分析
•   4.4 本章小结
• 5 总结与展望
•   5.1 工作总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 个人简历、在学期间发表的学术论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李雁

导师: 万红

关键词: 目标导向行为,鸽子,耦合

来源: 郑州大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 生物学,电信技术

单位: 郑州大学

基金: 国家自然科学基金“鸽子位置细胞功能网络对目标导向路由信息的动态表征机制研究(61673353)”,河南省脑科学与脑机接口技术重点实验室开放基金课题“鸽子Hp区失活对NCL功能网络拓扑特性研究(HNBBL19005)”

分类号: Q42;TN911.7

总页数: 64

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