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海马神经细胞动作电位定量分析方法与应用

作　者: 光磊
导　师: 封洲燕
学　校: 浙江大学
专　业: 生物信息学
关键词: 海马动作电位群峰电位单元电位 θ节律自动分析
分类号: Q42
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

神经细胞的动作电位被认为是大脑信息传递和信号处理的载体，在神经电生理研究中是重要的研究对象。记录和分析动作电位是考察神经元状态、研究神经细胞工作机制的主要研究手段之一，随着神经电信号记录技术的迅速发展，实验研究中采集的数据量大大增加，人工提取定量分析动作电位的指标耗时多且烦琐，容易出错。由于实验记录形式和实验目标各不相同，缺乏可以普遍适用的商品化自动分析软件。因此，研究动作电位的定量分析新算法，对于实现实验数据的自动分析，提高分析结果的客观性和准确性，推动神经电生理的研究工作具有重要意义。本文主要研究在体海马神经细胞胞外记录的动作电位的定量分析方法，包括电刺激诱发响应的群峰电位(Population spike，PS)和自发的单个神经细胞的动作电位(Unit信号)。(1)对于诱发响应PS幅值的分析，设计和实现了二阶差分检测新算法，能够准确定位PS波的多个波峰和波谷，并且，设计了利用海岸线算法分析PS幅值的方法。(2)设计了改进的阈值判定法，用于分析Unit信号，提出了使用电刺激诱发动作电位响应之后的抑制期信号来确定噪声的阈值的新方法，并且，通过计算Unit电位的时间差消除重复检测，提高了阈值判定法的精度。(3)应用所实现的新算法，以及微电极多通道记录技术，考察了神经元胞体层的Unit电位发放与神经元树突层θ节律之间的相关性，并且，研究了升高细胞外钾离子浓度对这种相关性的影响。研究结果表明：(1)二阶差分检测算法的精度高于常用的极值搜索法，尤其适用于具有多个波峰的PS幅值的定量分析。海岸线算法的精度与传统的极值搜索法相似，但运算速度却快得多。(2)改进的Unit电位阈值判定法实现简单，运算速度快，并且，用纯噪声记录使得阈值的确定更准确，避免了通常使用包含Unit电位的信号段确定阈值时受到的影响。(3)海马CA1区神经元在树突层θ节律正向相位时具有较多的Unit电位发放，发放比率从正向顶点附近向负向顶点附近逐渐递减。升高细胞外钾离子浓度可以加强这种差别。本文所设计的电刺激诱发PS波和自发Unit电位的分析算法，实现简单，准确性较好，可以用于实验数据的自动分析，提高工作效率。另外，有关海马CA1区神经元自发动作电位发放与θ节律之间关系的研究结果，对于进一步研究海马神经细胞在不同环境下的活动状态，以及揭示神经细胞可塑性的机制具有重要意义。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-19
  1.1 本研究的目的和意义  9-10
  1.2 相关背景知识和研究现状介绍  10-17
    1.2.1 海马的结构及神经传导通路  10-13
    1.2.2 海马神经细胞动作电位研究  13-17
  1.3 本文的主要研究内容  17-19
    1.3.1 诱发响应群峰电位的分析  17-18
    1.3.2 单元电位的研究  18-19
第二章诱发响应群峰电位的分析  19-36
  2.1 引言  19-20
  2.2 材料与方法  20-27
    2.2.1 动物手术和诱发电位记录  20-21
    2.2.2 算法设计  21-27
  2.3 结果  27-34
    2.3.1 离子浓度变化对于诱发响应群峰电位的影响  27-28
    2.3.2 差分计算法与极值搜索法结果的比较  28-33
    2.3.3 海岸线计算法的结果  33-34
  2.4 讨论  34-36
第三章 θ节律下不同相位单元电位发放的分析  36-49
  3.1 引言  36-37
  3.2 方法  37-40
    3.2.1 动物手术与电信号记录  37-38
    3.2.2 θ节律和单元电位的提取  38-40
    3.2.3 单元电位发放与θ节律相位的相关性分析  40
    3.2.4 考察细胞外钾离子浓度变化对神经元活动的影响  40
  3.3 结果  40-46
    3.3.1 阈值判定法检测单元电位  40-42
    3.3.2 神经元发放与e节律的关系  42-44
    3.3.3 细胞外钾离子的作用  44-46
  3.4 讨论  46-49
    3.4.1 阈值判定新方法和分析结果  46-47
    3.4.2 单元电位发放与θ节律的相关机制分析  47-49
第四章总结和展望  49-51
参考文献  51-57
致谢  57-58
本文作者攻读硕士期间发表的论文  58
本论文得到  58

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