老化影响猕猴、猫视觉系统神经元的空间与时间频率调谐特性

【摘要】老年人的视觉系统存在多种多样的功能衰退,例如空间对比度分辨,视觉信息处理速度,视觉运动知觉等。这些视觉功能障碍严重影响了老年人的日常生活、工作,例如阅读,以及驾驶等。前人的研究表明,老年人的视觉功能障碍不能单由眼睛光学系统的退化介导,提示老化过程中存在视觉中枢神经系统的衰退。与此一致的是,本实验室以往的研究发现,以老年猴和老年猫为动物模型,神经元的反应在多个方面、多个视觉皮层均受到了老化的影响,具体表现为：反应潜伏期增长(老年猴V1区、V2区)、对重复刺激的反应变异性增大(老年猴V1区、MT区)、方位方向选择性降低(老年猴V1区、MT区,老年猫V1区)、对比敏感度降低(老年猴V1区、MT区)等。本研究旨在进一步探索老化引起视觉功能衰退的神经元反应机制。在视觉研究领域,基于视觉图像可以被大脑以不同的傅里叶成分进行解码处理的假说,视觉研究工作者对神经元的空间、时间频率反应特性的探索由来已久。本研究使用了两种动物模型——猕猴(MacacaMulatta)和猫(FalisCatus),在麻醉麻痹的状态下,使用胞外单细胞记录的方法,研究了视觉系统神经元的空间频率、时间频率反应特性。猕猴中颞叶皮层(MT区/V5)在视觉信息处理通路中位于初级视觉皮层的下游,是运动视觉信息处理的关键皮层。我们检测了MT区神经元的空间和时间频率反应调谐特性,结果显示：相对于青年猕猴,老年猕猴MT区神经元的最优空间频率降低,最优时间频率降低,空间分辨率降低,时间频率高频截止频率降低,同时空间频率调谐带宽增宽,自发放增大,信噪比降低。这些结果表明老化显著改变了MT区神经元的空间和时间频率反应调谐特性。我们在猫视觉通路多个级别(LGN、A17区、A18区、PMLS区)检测了老化对神经元空间频率反应特性的影响模式。结果显示,位于丘脑的外侧膝状体的神经元,其空间频率调谐特性并未受老化的影响；而位于皮层区域(A17区、A18区、PMLS区)的神经元,其偏好的最优空间频率虽未受老化影响,但其空间频率调谐带宽均表现为不同程度地增宽。这一结果表明老化降低了猫视觉皮层神经元的空间频率选择性。我们的研究为老化引起的视觉功能衰退,尤其是视觉信息的空间和时间处理能力的衰退,提供了新的生理学依据。
【作者】袁妮妮；
【导师】周逸峰；
【作者基本信息】中国科学技术大学，神经生物学，2014，博士
【关键词】老化；猕猴；猫；视觉系统；空间频率；时间频率；MT；LGN；A17；A18；PMLS；

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