视觉系统是动物认知外部信息最重要的感觉系统,大脑中存在皮层和皮层下两条视通路,皮层视通路主要负责对外界视觉刺激的精细加工和智能识别;皮层下视通路属于大脑早期进化的边缘结构,是包括上丘(Superior Colliculus,SC)→丘脑枕(Pulvinar,Pulv)→杏仁核(Amygdala,AMG)的一条视觉通路。皮层下视通路与情绪视觉信息的处理密切相关,尤其对恐惧视觉信息能够进行快速加工和传递,具有预警作用。恐惧视觉信息刺激是激活皮层下视通路进行视觉信息快速传递的一种重要方式,包括自然赋予的先天性恐惧视觉信息,在社会活动中长期积累的情感面孔信息,以及动物通过后天习得的条件性恐惧视觉信息。其中,通过后天习得的条件性恐惧视觉的信息处理机制与应激性障碍的信息处理机制具有相似性。目前皮层下视通路条件性恐惧视觉信息处理机制的研究处于起步阶段,皮层下视通路的神经环路结构连接和投射关系还未明确;皮层下视通路本身对条件性恐惧视觉信息的响应特性,以及恐惧视觉信息激活皮层下视通路的“触发”条件还没有清楚解析;在条件性恐惧视觉认知过程中两条视通路之间的交互和影响作用尚不清楚。因此,皮层下视通路条件性恐惧视觉的信息处理机制研究是神经科学、心理学和智能科学领域的新兴课题,具有很高的理论研究意义和实际应用价值。基于上述原因,本文以Long Evans大鼠做为模式动物,用嗜神经病毒标记大鼠皮层下视通路的神经环路;建立基于图形认知的大鼠条件性恐惧联结训练实验范式;通过分析条件性恐惧视觉形成前后皮层下视通路神经元的响应特性,确定Pulv在皮层下视通路中对恐惧视觉信息的触发传递作用;通过分析视觉图像的恐惧联结水平对神经元集群功能连接的影响,解析皮层下视通路对恐惧视觉信息传递机制;在无意识和有意识两种认知水平下,研究两条视通路多脑区间的恐惧视觉信息传递和交互作用。本文完成的主要工作和创新点如下:(1)建立了大鼠基于图形认知的条件性恐惧视觉联结训练实验范式。设计开发了大鼠条件性恐惧视觉联结自动训练系统;采用行为学方法量化了大鼠恐惧视觉联结形成的标准;设计9种“单图”恐惧视觉联结训练实验模式,分组进行训练,统计分析了各种训练模式中条件刺激时长和非条件刺激时长两个因素对恐惧视觉联结训练效果的影响,进而优化了实验模式;并采用“双图”恐惧视觉训练模式验证本文恐惧视觉训练实验范式的有效性。(2)标记了大鼠皮层下视通路神经环路投射,实现回路中关键神经核团神经元集群响应信号采集。采用嗜神经病毒追踪技术实现LE大鼠皮层下视通路的神经环路结构标记;确定了皮层视通路和皮层下视通路的电生理实验采集位点;实现了特定脑区的急性和慢性神经元集群响应信号的采集,完成了微电极阵列植入定位的组织学验证。(3)发现在条件性恐惧视觉形成前后,丘脑枕后外侧(LP)神经元集群对“恐惧”视觉信息响应的峰值时间延迟缩减变化量,与上丘(SC)相比显著增加,从响应时间特性上解析了皮层下视通路快速信息传递的神经机理;并从神经元集群的响应幅值特性上,揭示了丘脑枕在皮层下视通路中对“恐惧”视觉信息的传递起到了“门控”作用。(4)发现随着恐惧水平增强,皮层下视通路对于恐惧视觉信息的传递效率也在提高。依据大鼠条件性恐惧联结训练过程中的主动逃避率,将恐惧视觉训练分成训练前、训练中和训练后三个阶段,分别表征大鼠感知视觉刺激图形的三个恐惧水平。通过对比分析视觉刺激的不同恐惧水平下大鼠皮层下视通路SC和LP核团神经元集群功能连接的动态变化规律,发现随着恐惧水平增强,SC和LP神经元集群网络的功能连接特性——连接强度和聚类系数均显著增加,平均路径长度显著减小。(5)研究了在有意识和无意识两种不同认知水平下,两条视通路多脑区间的恐惧视觉信息传递和交互作用,发现皮层下视通路在无意识恐惧信息认知条件下起关键作用。采用格兰杰因果分析方法建立皮层视通路V1区、皮层下视通路SC和LP多脑区之间的有向功能连接。该有向功能连接图表明:恐惧视觉信息依靠两条视通路协同作用实现传递,随着认知意识水平的减弱,皮层下视通路SC→LP的连接强度显著增强,皮层视通路V1区对皮层下视通路SC和LP的反馈作用逐渐减弱。由此说明在无意识恐惧视觉认知过程中,皮层下视通路对恐惧视觉信息传递起到了主要作用。