本文以微电极阵列、激光多普勒血流仪和内源光学功能成像为观测手段,研究了大鼠皮层自发低频振荡(low-frequency oscillation,LFO)的神经代谢机制,并观测了视觉刺激对自发LFO的时空调制现象。另外,对短时后肢电刺激引起的负信号的神经代谢机制进行了探索。自发LFO和负信号的神经代谢机制是神经血管耦合研究范畴的重要主题。这些研究工作对深入厘清大脑功能信号成分、理解大脑内在运作机制具有重要意义。本文主要研究工作及其贡献概括如下:自发LFO的多模态观测。以往,研究者对自发LFO的观测多集中于血液动力学层面。本文使用三种技术手段包括微电极阵列、激光多普勒血流仪和内源光学功能成像对麻醉大鼠体感和视觉皮层的自发LFO进行了观测和记录,既获得了血容量、脱氧血红蛋白和血流速度等血液代谢信号,也得到了局部场电位和神经元放电序列等神经活跃性电信号。通过多窗口谱估计方法,发现在这些信号中均存在广泛的自发LFO。在神经活跃性信号中记录到的自发LFO丰富和扩展了以往对自发LFO的观测。另外,本文还实现了微电极阵列与激光多普勒血流仪的同时观测,这为研究自发LFO的神经代谢机制提供了必要的条件。自发LFO的格兰杰因果分析。本文使用格兰杰因果模型分析了大鼠体感和视觉皮层血流速度、局部场电位和神经元放电序列三者之间的因果关系。这三种信号由激光多普勒血流仪和微电极阵列同时记录得到。结果发现在0.1Hz附近,三者有显著的因果关系,局部场电位和神经元放电序列是因,血流速度是果。而且,局部场电位与血流之间的因果关系强度要大于神经元放电序列与血流之间的因果关系强度。这些结果说明,自发LFO有可能来源于神经活跃性特别是局部场电位。据我们所知,该研究第一次探求了血流、局部场电位和神经元放电序列之间的格兰杰因果关系,并发现在0.1Hz附近神经活跃性与血液动力学信号之间有显著的格兰杰因果关系,神经活跃性特别是局部场电位是LFO生成的原因。该结果有可能为自发LFO来源于神经活跃性这一观点提供支持,从而进一步为静息态fMRI研究提供理论依据。视觉刺激对自发LFO的时空调制。研究刺激对自发LFO的时空调制现象,对于探索LFO的起源和揭示其与大脑功能的联系有重要意义。本文利用单眼LED闪光作为视觉输入,观测了其对内源光学功能成像信号中自发LFO的时空调制,发现两个现象:一是刺激使自发LFO的振荡节律加快,二是刺激使大范围脑区的自发LFO相位收敛。另外,刺激对自发LFO的调制作用是参数依赖的,即调制作用只在一定范围的刺激频率或强度下出现,而且频率参数的调制作用比强度参数的调制作用更明显。这些结果表明,自发LFO可以被参数依赖的闪光刺激所调制,视觉刺激范式在探索LFO的起源和功能方面可能具有潜在意义。负血液动力学响应信号的神经代谢机制研究。目前,对负血液动力学响应信号(简称负信号)神经代谢机制的研究,报道还不多而且争议很大。人们通常把负信号解释为神经活跃性的减小即神经去激活。本文使用内源光学功能成像技术观测短时后肢电刺激引发的正信号区域附近的负信号,并使用微电极阵列记录了负信号区域的神经活跃性信号。结果发现,刺激之后负信号区域的神经活跃性不变或者增加,这说明在该刺激范式下神经去激活机制并不适用。通过对正负信号曲线的时间动态进行分析,推测血液转移可能是潜在机制。另外,神经活跃性的增加也是该刺激范式下负信号的可能机制。因此在将负信号解释为神经活跃性减小时要更加谨慎,特别是当负信号位于正信号区域附近时。该研究可能提供了一个神经去激活机制的反例并且利于加深我们对大脑皮层负信号神经代谢机制的理解。