老年猕猴中颞视区细胞的功能性退化

论文摘要

正常老化过程常常伴随着视觉功能的进行性退化。眼睛光学性质和视网膜形态学的改变并不足以解释这些功能性退化,不少方面可能决定于老化引起的视觉中枢的变化。深入研究老化引起的皮层功能性变化对了解非病理性老化过程的机制及探讨延缓老化的途径都有重要意义。本研究采用在体细胞外单位记录方法,从以下四个方面进一步比较了青年和老年猕猴视觉皮层细胞反应特性的差异:1.研究了88个老年猕猴MT神经元和107个青年猕猴MT神经元对运动随机点的速度调谐曲线。我们发现,与青年猴相比,老年猕猴MT区细胞速度选择性显著下降,速度调谐曲线的最优速度朝低速偏移,同时自发放电活动、视觉刺激诱发反应强度和反应变异性显著增加,细胞活动信噪比则出现显著下降。而且,老年猕猴神经元对速度信息的调制能力和识别能力也显著弱于青年猴。同时,我们也估算了青年组和老年组猕猴的速度辨别阈值,发现老年猕猴的速度识别阈值显著高于青年猕猴。这些结果可能为老化引起的运动感知功能障碍提供必要的生理学基础。2.研究了老化对猕猴初级视皮层(V1)和MT区神经元对比度反应曲线的影响。与青年猕猴相比,老年猕猴V1和MT的对比敏感度均显著下降,MT区细胞受老化的影响更大。特别地,MT细胞受老化的影响更甚于V1区有方向选择性的细胞。这说明MT区表现出的老年性退化并非完全由V1区的变化引起的,老化的影响并不局限于V1,可能在皮层视觉通路中逐渐积累。另外,老年猕猴MT区细胞的非线性特性也明显弱于青年猕猴。以上的结果表明了在老化过程中,Magnocellular和Parvocellular通路均严重受损。我们的结果和老年皮层抑制的退化理论是一致的,可能为一些老年性视觉功能障碍提供生理依据。3.研究了老化对猕猴MT细胞对比度适应的影响。我们发现,由适应引起的老年猕猴细胞的反应增益变化显著高于青年细胞,而对比度增益变化则显著低于青年细胞。这些功能上的退化可能来自前一级皮层的输入,也可能与老年猕猴MT神经元自身疲劳机制和过度的兴奋性有关。4.研究了老化对V1和MT区细胞反应变应性的影响,希望能进一步了解老化过程对神经元信息处理能力的损害。我们发现,老年猴V1和MT区细胞的反应变异性增大,反应信噪比减小。这些变化可能会对视觉系统功能产生重要的影响,同时也反映了老化过程影响神经系统功能的一些普遍机制。老年动物视觉皮层兴奋系统与抑制系统的失衡和突触结构的改变可能介导了V1和MT区细胞的反应变异性异常。结论:猕猴MT区神经元对视觉刺激的反应特性呈现明显的年龄相关性变化。结果显示1)MT区神经元对速度信息的调谐特性受老化影响;2)与V1一样,老年猕猴MT区神经元的对比敏感度较之青年猴显著下降,而且MT受老化影响更为严重,这说明老化的影响可能在皮层视觉通路中逐渐积累;3)老年猕猴MT神经元的对比度适应出现异常;4)V1和MT的反应变异性显著受老化影响。这些结果可能为老年性视觉功能下降提供了必要的神经机制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 MT区结构与功能的研究进展（综述）
• 1.1 MT的解剖学特性
• 1.2 MT区的生理学特性
• 1.2.1 运动方向选择性
• 1.2.2 空间和时间特性
• 1.2.3 运动速度选择性
• 1.2.4 周边抑制
• 1.2.5 视差特征
• 1.2.6 注意的调制
• 1.2.7 降噪作用
• 1.2.8 颜色信息
• 1.3 MT区在认知过程中的作用
• 1.3.1 单个神经元的反应特性和运动感知的相关性
• 1.3.2 神经元的群反应特性和运动感知的相关性
• 1.3.3 损毁实验对MT的研究
• 1.3.4 利用微刺激实验对MT的研究
• 1.4 总结
• 第二章 老化对猕猴MT区神经元调谐曲线的影响
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料与方法
• 2.2.1 实验动物的准备与记录
• 2.2.2 视觉刺激
• 2.2.3 数据采集与分析
• 2.3 实验结果
• 2.3.1 老年猕猴MT细胞最优速度分布的变化
• 2.3.2 老年猕猴MT细胞速度选择性的变化
• 2.3.3 老年猕猴MT细胞对速度的调制因子和辨别因子的变化
• 2.3.4 老年猕猴MT细胞自发放和诱发反应水平的变化
• 2.3.5 老年猕猴MT细胞速度辨别阈值的变化
• 2.3.6 速度调谐曲线参数和自发放的关系
• 2.4 讨论
• 2.4.1 速度调谐曲线和对数高斯的关系
• 2.4.2 对老年相关的视觉运动信息处理缺陷的生理意义
• 2.4.3 潜在的机制
• 第三章 老化对猕猴MT区对比度反应曲线的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料与方法
• 3.2.1 实验动物的准备与记录
• 3.2.2 视觉刺激
• 3.2.3 数据采集与分析
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 老化对MT细胞对比敏感度的影响
• 3.3.2 老化对MT区细胞对比度反应曲线坡度的影响
• 3.3.3 老化对MT细胞自发放和视觉最大发放的影响
• 3.4 讨论
• 第四章 老化对猕猴MT区细胞对比度适应的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料与方法
• 4.2.1 实验动物的准备与记录
• 4.2.2 视觉刺激
• 4.2.3 数据采集与分析
• 4.3 实验结果
• 4.4 实验讨论
• 第五章 老化对猕猴V1和MT区神经元反应变异性的影响
• 5.1 引言
• 5.2 实验材料与方法
• 5.2.1 实验动物的准备与记录
• 5.2.2 视觉刺激
• 5.2.3 数据采集与分析
• 5.3 实验结果
• 5.4 讨论
• 总结与讨论
• 1.总结
• 2.讨论
• 3.研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录Ⅰ
• 附录Ⅱ