[发明专利]基于神经振荡活动检测大鼠学习记忆和认知功能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及神经计算领域，尤其涉及一种基于神经振荡活动检测大鼠学习记忆和认知功能的方法。

背景技术

从有意识开始，人类就开始了对大脑的研究。2013年美国更是提出了“推进创新神经科技脑研究计划”，简称“脑计划”。旨在探索人类大脑工作机制、绘制脑活动全图，并最终开发出针对大脑疾病的方法。人类脑计划包括神经科学和信息学相互结合的研究，在神经科学的研究中，最常用的动物模型是大鼠和小鼠，它们能够表现出与人类疾病相关的各种行为。

在大鼠模型的研究中，最常用的是行为测试方法，包括研究学习记忆功能用的莫里斯(Morris)水迷宫、巴恩斯(Barnes)迷宫、八臂迷宫，研究焦虑样、抑郁样行为用的强迫游泳测试、高架十字迷宫、旷场试验等。而常用的脑科学研究方法有形态学方法，观察神经元的形态和结构；生理学方法，可在不同生理条件下长时间监测细胞外液中神经递质及其它化合物含量的变化；生物化学法，用来分离、提纯和鉴定组织中的各种分子，定量检测蛋白质的表达；分子生物学，以核酸操作技术为基础；电生理技术，从电压钳到膜片钳技术，从分子水平了解生物膜离子通道的开关动力学；脑成像技术，电子计算机断层扫描(CT)和磁共振成像(MRI)直接反映脑结构的影像，可以说它们是活体脑切片或活的神经解剖，正电子发射型计算机断层显像(PET)主要反映脑内的生化代谢以及生理功能的变化。

此外，大脑在执行复杂的认知功能时，需要许多神经元在多个脑区间协调作用。大脑中的神经节律(或称为神经振荡)通过将相关神经集群的活动联系在一起，为这种协调作用提供了机制。神经振荡活动是多个脑区中神经网络活动的标志，其频率覆盖超过了三个量级，从慢波震荡delta(0.5-3Hz)和theta(3-8Hz)，到较快的gamma(30-80Hz)和高频振荡(80-200Hz)频率范围。在这个频谱中，theta和gamma振荡得到了较多关注，因为它们与更高级的脑功能密切相关。神经振荡的相位指的是某种振荡在某个瞬时偏转的对应角度，这个振荡可以用余弦函数来表示，如在振荡的波峰时，相位为0°，而在波谷时，相位为180°。神经振荡的幅值则指某种振荡在某个瞬时的峰值。因此，神经振荡的耦合从耦合方式上分，可以分为相位-相位耦合(phase-phase coupling,PPC)、相位-幅值耦合(phase-amplitude coupling,PAC)和幅值-幅值耦合(amplitude-amplitude coupling,AAC)；从参与耦合的节律上分，可以分为同等节律耦合和交叉节律耦合。神经振荡这种高水平空间相干性的振荡，可能是大规模神经集群中时间编码和感觉信息绑定的理想参考信号。

目前，检测大鼠学习记忆和认知功能的方法多为行为学实验(Morris水迷宫等)和生化实验(蛋白质印迹法等)。其中，实验动物的状态、实验环境的条件对行为学试验的结果影响非常大；生化实验的展开需要很多耗材，而且不可以在动物体内进行。

发明内容

本发明提供了一种基于神经振荡活动检测大鼠学习记忆和认知功能的方法，本发明从介观电生理信息水平出发，通过记录大鼠海马CA1和CA3^[2]脑区的局部场电位，并分析其中相关频率的神经振荡耦合，检测大鼠的学习记忆和认知功能，详见下文描述：

一种基于神经振荡活动检测大鼠学习记忆和认知功能的方法，所述方法包括以下步骤：

采集LFPs信号，然后对LFPs信号进行滤波去噪处理，提取出theta节律和gamma节律；

对神经节律的耦合关系进行计算，包括同一脑区内的神经节律计算、以及不同脑区间的神经节律计算；将计算出的神经节律作为特征参数；

对提取到的特征参数进行统计学分析，从而实现对大鼠学习记忆和认知功能的检测。

其中，所述对提取到的特征参数进行统计学分析的步骤具体为：

利用SPSS 20.0统计软件进行数据分析，两组以上数据的比较用单因素方差分析或重复测量的方差分析进行比较，两两数据比较前进行方差齐性检验。

所述对神经节律的耦合关系进行计算，包括同一脑区内的神经节律计算、以及不同脑区间的神经节律计算得步骤具体为：

通过相位锁定值对同一脑区内的神经节律计算耦合关系；

通过PPC_n:m相锁值、调节指数、或相位-幅值耦合_相锁值对不同脑区间的神经节律计算耦合关系。