基于多通道LFP的动态时间神经模式识别鸽子麻醉期间的不同大脑状态：三种麻醉剂的比较
探索麻醉诱导的脑活动模式在鸟类认知、意识和睡眠相关研究中至关重要。然而，人们对麻醉过程中鸟类脑节律和特定网络连接背后的神经生物学机制了解甚少。当前研究通常可以使用不同类型的麻醉剂来诱导鸟类的麻醉状态，但缺乏对这些麻醉剂在诱导麻醉过程中神经模式演变的对比研究。
研究员们分别用水合氯醛、戊巴比妥钠和乌拉坦作为麻醉剂以诱导成年鸽子的麻醉状态，在其弓状皮质尾外侧区（NCL）为靶点脑区植入多通道微电极阵列构成研究模型，使用128通道Cerebus多通道信号采集系统（Blackrock Microsystems）记录局部场电位（local field potentials, LFP）信号。
接着为了检验频谱和时频特征的时间演化是否在不同的状态和麻醉药中共享，研究员们进行了LFP频谱和时频分析。他们发现，麻醉期间，鸽子NCL在低频段存在较强的功率活性，在高频段存在较弱的功率活性。这种时间活动进化趋势对几乎所有鸽子来说都是一致的。
图2记录了不同状态下NCL的LFP、
功率谱和时频特性
接下来为了进一步研究不同状态下的动态功能连通性特征的模式，研究员们在NCL中使用多通道LFP构建了一个基于相干性的功能网络。并且使用拓扑特性（聚类系数）作为测量标准，测试了不断变化的功能连通性是否明显特定于清醒和麻醉状态。经研究发现，麻醉期间的大脑状态与NCL不同频段的特定动态功能连接模式相关，表明清醒和麻醉状态之间的差异可能是由于低波功能连接升高和高频功能连接的抑制。
图3所有鸽子在不同频段下的功率比分析结果
最后研究员们使用了一个基于神经网络的解码器来估计鸽子的大脑状态的概率和注射麻醉药的种类。研究结果表明，不同的麻醉药可以用来诱导不同的动态时间脑状态。所有的神经解码结果进一步验证了麻醉期间动态时间功率和连接模式在NCL中的潜在作用。
总之，本研究探索了基于多通道电生理LFP数据的动态时间神经模式，并使用三种不同的麻醉剂识别了鸽子麻醉时的不同脑状态。具体结论如下：
(1) 不同种类麻醉剂诱导的鸟类麻醉状态与特定频段NCL动态时间功率和连接模式的选择性变化有关，为探索麻醉下鸟类大脑认知相关神经模式提供了研究基础。
(2) 本文的神经解码结果验证了动态时间神经模式在表征麻醉状态方面的潜在作用，提高了神经机制在一定程度上随不同麻醉药类型而变化的可能性。
(3) 三种麻醉药的比较为进一步研究不同麻醉药如何诱导特异性神经模式的产生以及这些模式是否共享或分化提供了重要的基础，可用于指导鸟类动物实验中麻醉药的选择和使用。
笔名：Liushuai
原文链接：https://doi.org/10.1007/s11517-024-03132-w
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河南省脑科学与脑机接口技术重点实验室(郑州大学)概况
河南省脑科学与脑机接口技术重点实验室于2016年2月经河南省科技厅评审认定、依托郑州大学进行建设。实验室以“生物感知、认知与行为神经信息的获取、解析和调控研究”为核心，综合利用神经科学、信息科学、控制科学、材料科学、微电子技术等领域的创新先进技术，从神经元、神经回路和脑功能网络等多层次获取与解析大脑工作机理，突破脑机接口关键技术，在脑神经机制与类脑模型、神经疾病预防与康复、脑机接口技术应用等方面积累原创成果，助力河南高新产业和经济的发展。
实验室具有国际先进水平的科研实验平台。实验室科研平台实验室面积超过1400平米，仪器设备价值1750万元，满足开展脑科学与脑机接口技术研究的系统化实验需求，具备承担国家或地区重大科研项目软硬件条件。
研究团队依托郑州大学电气工程学院建设，由控制、生物、医学等多学科组成深度融合的科研团队，该团队是河南省“神经生物信息处理与行为控制”创新团队、河南省高校科研创新团队。2016年-2022年，团队承担科研项目65项，经费3700万元，其中国家级项目33项，经费总额3008万元；发表SCI、EI检索高水平论文93篇，获得专利13项，省部级科技成果奖4项；在视觉感知信息获取重建、生物运动行为神经调控、智能轮椅、穿戴式远程无线神经刺激装置、智能康复训练与评估系统等方面取得了一批原创性成果。
建设目标：
瞄准人才培养和健康医疗产业的战略发展目标和国防应用需求，聚焦生物感知、认知与行为神经信息的获取、解析和调控研究，打造以脑科学与脑机接口技术研究为鲜明特色的学科高地和一流科研团队，助力区域高新产业和经济的发展。
发展历程：
2007年：郑州大学“生物电子信息技术”科研创新团队
2009年：河南省高等学校神经电子信息工程重点学科开放实验室（联合）
2010年：郑州大学生物电子信息技术创新研究中心
2010年：郑州大学军工科研平台
2012年：河南省高校科研创新团队
2013年：河南省“神经生物信息处理与行为控制” 创新团队
2016年：河南省脑科学与脑机接口技术重点实验室
2018年: 河南省脑科学与脑机接口技术重点实验室挂牌
主要研究方向：
1、感知认知神经机制与类脑智能
2、行为认知与神经调控
3、脑机接口与康复工程
4、神经环路结构与功能
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