前额叶皮层和纹状体的局域场电位编码的奖励信息
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摘要
前额叶皮层是大脑高级认知中枢,与多种高级认知功能有关。纹状体是大脑皮质下最大的神经核团,虽然其主要功能是对运动及技能的协调,但近年来有研究发现,它还参与了许多与学习记忆相关的认知功能。单细胞记录实验已发现前额叶皮层和纹状体的神经元能够编码奖励信息[2],其中一些神经元对大(有)奖励产生更强的发放,而另一些神经元对小(五)奖励有更大的发放。但不清楚这两个区域的局域场电位(local field potential,LFP)是否也编码了奖励的信息。一般认为局域场电位是记录电极附近所有神经元活动的总和,尤其反应了突触前输入信息。局域场电位介于单个神经元活动信号与EEG信号之间,研究局域场电位编码的信息及单个神经元活动的关系,对理解EEG信号具有重要的指导作用。为研究局域场电位如何编码奖励信息,在奖励预测实验中记录了猴子的前额叶皮层和纹状体在大、小奖励下的局域场电位,本文首先对这些局域场电位数据进行了一个短时傅里叶变换[1],将局域场电位数据由时域转化到频域上以显示不同频段上编码的奖励信息。在变换时先将整个数据分成若干重叠率较高的数据段,重叠率较高是为了减小边界效应对数据的影响,再选择一个适当的窗口函数在时域上平滑的移动,变换选用的是MATLAB软件中的spectrogram函数。接着对于变换之后的数据做了非参数置换检验[1][3]和以像素、以块为单位的统计[1]方法来判断数据是否具有显著性,结果有显著性反映了局域场电位在编码大小奖励时是有差别的。在两只猴子Tap和Tom的数据分析结果中,分别有32%和45%的数据存在差别性,且有85%的数据发生在Beta频段(10-35Hz)上,这说明前额叶皮层和纹状体的局域场电位在Beta频段是可以编码奖励信息的。
引文
[1]Mike X Cohen,Analyzing Neural Time Series Data,Theory and Practice,[M],2013;
[2]Xiaochuan Pan,Reward prediction based on stimulus categorization in primate lateral prefrintal cortex,Nature Neuralscience,2008(11),703-712;
[3]Krish D.Singh,Group imaging of task-related changes in cortical synchronisation using nonparametric permutation testing,Neuro Image2003(19),1589-1601;
[2]Xiaochuan Pan,Reward prediction based on stimulus categorization in primate lateral prefrintal cortex,Nature Neuralscience,2008(11),703-712;
[3]Krish D.Singh,Group imaging of task-related changes in cortical synchronisation using nonparametric permutation testing,Neuro Image2003(19),1589-1601;