视网膜主要进行视觉信息的初级处理。光刺激在光感受器细胞上形成输入,并被转换成电信号进一步在视网膜神经元回路中传递至神经节细胞,并进一步向中枢传递。以往对视网膜信息处理机制的研究在很大程度上依赖于利用微电极记录技术所测得的单个细胞上的电反应, 而单个神经元的电活动在实验及分析过程中往往被简单化成独立过程。事实上,在视网膜信号处理过程中,一个神经元往往同时接受多个前级神经元的输入;在这些输入信号的综合作用下, 神经元细胞膜电位产生相应变化, 进而又以电输出或化学输出方式为多个后级神经元提供信号。因此,视网膜是个多输入、多输出的系统,神经信号传递过程则为相互关联的并行协同过程。已有实验证明,视觉信息的编码取决于多个神经节细胞间的相关性活动,而非单个神经节细胞的独立活动。因而,利用传统的单电极记录技术,虽然能对单个神经元的电活动进行记录,却不足以对神经元信息处理过程中的协同特性加以考察,以揭示神经信息编码传递的自然属性。
本项研究,主要应用多电极记录这项新技术,对一小块保持功能活性的小鸡视网膜上的多个神经节细胞的电活动进行同步记录,然后通过非线性分析方法进行动作电位的分离提取,并运用相关方法分析等工程数学方法等来分析各种刺激模式下神经元放电活动的特征及相应神经元协同活动特性。非线性算法能在背景噪声较高的情况下,提高信噪比,从而检测出动作电位。而相邻电极上的神经元活动的关系则通过动作电位串的自相关和互相关进行分析获得。实验结果表明神经元间存在多种相关性模式,而且同组神经元之间的相关性在不同刺激条件下具有不同的特性,说明了不仅神经元之间的相互协调和相互综合可能在视觉信息处理过程中起着相当大的作用,而且这种神经节细胞群体对刺激编码的相关性活动具有动态性特征,揭示了视觉信息不仅为神经元的放电频率所编码,也为相邻神经元的动态性的协同放电活动所携带。