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研究目的:工作记忆是重要的认知功能,从神经信息连接网络的角度研究工作记忆的机制是神经科学研究的前沿科学问题。本论文以大鼠Y迷宫工作记忆为研究对象,研究工作记忆责任脑区(前额叶皮层)两种不同模态的神经信号局部场电位(local field potential,LFP)和锋电位(spike)在工作记忆过程中的网络协同机制。为研究工作记忆的机制提供新思路。研究方法:1.大鼠Y迷宫工作记忆行为学实验:雄性SD成年大鼠6只,体重300-350g,通过Y迷宫工作记忆任务训练,直到工作记忆行为达到学会标准(连续两天行为学正确率超过85%)。2.获取大鼠工作记忆过程中LFPs和spikes:应用在体多通道微电极阵列记录技术,记录大鼠在工作记忆过程中前额叶皮层神经电活动,从中获取16通道局部场电位(LFPs)和锋电位(spikes)数据。3.时频分析与工作记忆主要频率分量的提取:通过LFPs时频分析得到工作记忆主频段为θ频段,应用带通滤波提取LFPθ分量。4.构建工作记忆LFPθ分量网络:应用定向传递函数(directed transfer functional,DTF),计算LFPθ分量的连接矩阵,基于每个节点的DTF值构建网络。5.构建工作记忆spike网络:应用极大似然估计(maximum likelihood estimation,MLE),计算锋电位的连接矩阵,基于每个节点的因果值构建网络。6.工作记忆过程中LFP网络和spike网络的典型相关分析:在工作记忆过程中,采用滑动窗口计算LFP网络和spike网络间的典型相关值(canonical correlation,CC),定量描述这两个网络在工作记忆过程中的协同机制。研究结果:1.工作记忆过程中LFP时频分布:工作记忆LFP的θ频段的能量高于其他频段,θ分量的能量峰值出现在工作记忆行为学参考点前。2.工作记忆过程中LFPθ分量网络的动态特性:工作记忆过程中LFP的连接矩阵(网络节点矩阵)是动态变化的,矩阵平均值DTF在工作记忆行为学参考点之前增加并达到峰值,之后下降。3.工作记忆过程中spike网络的动态特性:工作记忆过程中spike的连接矩阵(网络节点矩阵)是动态变化的,连接矩阵平均值GC在工作记忆行为学参考点之前增加并达到峰值,之后下降。4.工作记忆过程中LFP网络和spike网络的典型相关值的动态特性:工作记忆过程中LFP网络和spike网络间的典型相关值(CC)是动态变化的,CC曲线在行为学参考点之前逐渐增加并达到峰值,之后开始下降。最大值出现在工作记忆行为学参考点前1秒内,依次为:0.7265?0.0106、0.6998?0.0129、0.7150?0.0207、0.6620?0.0126、0.6602?0.0088、0.6231?0.0121(均值?标准误)。6只大鼠在工作记忆状态下的CC值(0.8436?0.0102)显著高于静息状态下的CC值(0.3291?0.0121)(t检验,p<0.01)。研究结论:1.工作记忆过程中,前额叶皮层LFP的能量主要分布在θ频段。2.工作记忆过程中,前额叶皮层LFP网络、spike网络的连接增强,均在工作记忆行为学参考点以前达到最大值。3.工作记忆过程中,前额叶皮层LFP网络和spike网络的典型相关协同增强,在工作记忆行为学参考点前达到最大值。工作记忆的神经信息网络机制:两种模态神经信息LFP和spike网络的连接增强,LFP网络与spike网络的协同性增强。