一种新的视觉皮层简单细胞工作机制的模型

提出了一种基于独立元分析（ICA）的视觉皮层简单细胞工作机制的模型。用Gabor函数逼近对自然图像进行ICA而获得的基函数,揭示了ICA基函数与视觉皮层简单细胞感受野反应间存在内在的关系。并对水平条纹的图像进行ICA,模拟在特殊视觉环境下生长的幼年动物的视觉皮层发育过程,证实了1970年Blakemore和Cooper在幼猫上的实验结果。从而说明ICA可以模拟动物的视觉皮层简单细胞工作过程。     

简单细胞方位选择性感受野组织形成的神经网络模型

为了阐明视皮层简单细胞方位选择性感受野形成的动态组织过程, 试图构建一个由侧膝体神经元和视皮层简单细胞组成的, 且遵从Hebbian学习规则的神经网络模型. 通过该模型来考察简单细胞对自然图像刺激特征的编码过程和神经表达. 结果表明, 感受野的结构正反映了简单细胞的最优方位选择性, 它也是由非监督学习过程决定并自组织涌现的. 这还说明简单细胞的方位选择性是在层间细胞的相互作用基础上动态自组织的结果.     

研究: 外膝状体神经元的亮度反应与感受野ON-OFF反应的关系

外膝体是视觉信息进入新皮层的主要通路,其编码亮度信息的神经机制还不清楚.我们采用随机呈现的连续快速变化(50 Hz)的均匀亮度刺激,显著地提高了猫外膝体神经元对均匀亮度的反应强度,通过反相关算法抽提出神经元的亮度反应函数.约81%的神经元的亮度反应函数为单调性上升或下降,有19%的神经元亮度反应函数为V型.通过分析这些神经元对亮度上升和下降的反应强度与感受野ON和OFF反应强度的关系,表明83%的神经元对亮度的反应模式是由其感受野ON-OFF反应的相对强度决定的,其余17%则与其感受野ON-OFF区的兴奋和抑制的变化相关.这些结果揭示了外膝体神经元编码亮度变化的机制.     

外膝状体神经元的亮度反应与感受野ON-OFF反应的关系

外膝体是视觉信息进入新皮层的主要通路,其编码亮度信息的神经机制还不清楚.我们采用随机呈现的连续快速变化(50 Hz)的均匀亮度刺激,显著地提高了猫外膝体神经元对均匀亮度的反应强度,通过反相关算法抽提出神经元的亮度反应函数.约81%的神经元的亮度反应函数为单调性上升或下降,有19%的神经元亮度反应函数为V型.通过分析这些神经元对亮度上升和下降的反应强度与感受野ON和OFF反应强度的关系,表明83%的神经元对亮度的反应模式是由其感受野ON-OFF反应的相对强度决定的,其余17%则与其感受野ON-OFF区的兴奋和抑制的变化相关.这些结果揭示了外膝体神经元编码亮度变化的机制.     

视觉神经元感受野的数学模型及其空间频谱响应特性研究

本文在分析了现有视觉信息处理神经元感受野的数学模型的不足的基础上,提出了视觉通路各向同性和各向异性神经元感受野的数学描述,并考察其在空间频谱域的响应及其与感受野模型空间分布参数的关系.     

采用Reichardt运动检测器和Boltzmann Machine神经网络的运动计算

建立了一个探讨灵长类视皮层从Ｖ１区到ＭＴ区的运动信息加工原理的计算模型,这个过程的突出特征是视觉运动信息经过了从局部检测进步到整体感知。模型的第一层由用于抽提运动模式的局部速度以及结构性质的Ｒｅｉｃｈａｒｄｔ运动检测器组成,进一步的加工是通过Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ Ｍａｃｈｉｎｅ神经网络来实现的。这种网络的学习算法具有局部更新的显著性质,在学习阶段,网络不断地修改联结权重以形成对于记录在网络的显单元上     

初级视皮层神经元非经典感受野研究的新进展

感觉皮层神经元的非经典感受野(简称"外周")对经典感受野(简称"中心")的调节作用广泛存在于哺乳动物中,被认为是感觉皮层神经元的基本特性.以初级视皮层神经元为例,刺激其外周能有效地调节刺激其中心引起的反应,这种作用主要是抑制性的.理解初级视皮层神经元的外周对中心的调节机制能够深入揭示哺乳动物的感觉皮层神经元信息处理的基本原则.本文综述了引起初级视皮层神经元非经典感受野对经典感受野调节作用的神经环路机制和计算模型研究的进展.     

视觉经验与皮层神经元感受野特征

视觉经验在高等动物视皮层神经元感受野特征形成的过程中起着重要作用。正常成年动物皮层细胞的感受野具有明显的方位选择性和双眼视差,而缺乏视觉经验的初生动物和在失视条件下成长的动物,其视皮层中方位选择性细胞数量很少,双眼细胞没有视差调谐。后天的视觉训练能够明显地影响和改变幼年动物视皮层感受野的大小、方位和视差调谐。视觉经验的作用在生后4～7周达到高峰,以后逐渐减弱,对成年动物影响不明显。     

猫纹状皮层神经元整合野的形状和范围

用正弦调制的移动光栅测量了１２０个猫纹状皮层神经元在长度和宽度方向上的空间整合特性。结果表明：（１）大多数细胞的传统感受野具有长宽相近的结构,然而它们的整合野多数是宽而短或者窄而长的长条形。（２）整合野大小为传统感受野的２—７倍,平均为３．７倍。简单细胞与复杂细胞整合野的大小没有显著差别。（３）随着感受野的视网膜偏心度的增加,整合野大小有逐渐增大的趋势。（４）感受野靠近视网膜垂直中线的细胞,其整合野可以跨越中线进入同侧视野;在两半视野中整合野的范围没有显著差异,但是同侧视野整合野的作用强度明显弱于对侧视野。以上结果提示,初级视皮层神经元能够对大范围内的图形特征进行整合,这种整合作用来自两侧视野。     

高糖饮食对青年小鼠初级视觉皮层的功能损伤及其机制

目的 诸多研究证实高糖饮食会对视觉功能造成损伤，但是目前关于高糖饮食对视觉功能影响的研究主要聚焦于视觉通路前端，集中在眼球系统和视神经节部分，对于视觉通路的后端如中枢皮层还未有过相关报道。为了更全面地了解高糖饮食对视觉功能的影响，本文补充高糖饮食对视觉中枢皮层影响的研究。方法 本研究利用GO/NO-GO方位辨别任务的行为学范式、在体多通道电生理技术探究了高糖饮食对青年小鼠初级视觉皮层的影响。结果 行为学结果表明，经历了2个月高糖喂养的青年小鼠，方位辨别能力下降。通过电生理技术分析初级视觉皮层（V1）单个神经元的反应特性，发现高糖饮食小鼠初级视觉皮层单个神经元的方位调谐能力下降，神经元的反应变异性增加、信噪比明显降低。神经元噪音相关性分析结果表明，高糖饮食组小鼠初级视觉皮层的噪音相关性表现出明显的上调。进一步分析群体水平上信噪比和反应变异性的变化，结果表明群体水平上信噪比明显下降而反应变异性明显上升。结论 高糖饮食通过影响初级视觉皮层单个神经元的感受野特征以及群体神经元的信息处理能力，损伤了青年小鼠的方位辨别能力。     

基于EMDs阵列和BP网络的视觉运动感知过程

以Ｒｅｉｃｈａｒｄｔ的相关型初级运动检测器阵列和Ｒｕｍｅｌｈａｒｔ的误差反传学习（ｌｅａｒｎｉｎｇｂｙｂａｃｋ－ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇｅｒｒｏｒｓ,ＢＰ）网络相结合构成了一个视觉运动感知神经网络,探讨了视觉运动信息的感知过程。试图从计算神经科学的观点来阐明从一推运动分量的检测到二维模式运动感知的神经原理,从而回答运动矢量在脑内如何表征。计算机仿真表明,在有监督学习的条件下,网络可以学会解决局城运动检测所带来的多义性问题,给出模式的真实朝向、运动方向和运动速度。     

猫纹状皮层神经元整合野的形态和范围

用正弦调制的移动光栅测量了１２０个猫纹状皮层神经元在长度和宽度方向上的空间整合特性。结果表明：（１）大多数细胞的传统感受野具有长宽相近的结构,然而它整合野多数是宽而短或者窄而长的长条形。（２）整合野大小为传统感受野的２－７倍,平均为３．７倍。简单细胞与复杂细胞整合野的大小没有显著差别。（３）随着感受野的视网膜偏心度的增加,整合野大小有逐渐增大的趋势。（４）感受野靠近视网膜垂直中线的细胞,其整合野可     

一种感知视觉运动信息的简化脑模型

视觉运动信息的感知过程,包括从局域运动检测到对模式整体运动的感知过程.我们以蝇视觉系统的图形-背景相对运动分辨的神经回路网络为基本框架,采用初级运动检测器的六角形阵列作为输入层,构造了一种感知视觉运动信息的简化脑模型,模拟了运动信息应该神经计算模型各个层次上的处理.该模型对差分行为实验结果作出了正确预测.本文并对空间生理整合的神经机制作了讨论.     

反差极性敏感型运动边缘检测神经元的计算模型

在栖类、在和哺乳类某些运动的视觉系统中发现 对刺激反差极性（变亮或变暗）敏感的运动边缘检测神经元。为揭示这类神经元的信息加工原理,以Ｗｉｍｂｂａｕｅｒ等人提出了捍延ｉｎｓｋｅｒ网络为基础,将不同的时空动态受野线性组合,建立了蟾蜍神经节Ｒ３类神经元和家鸽岛豆（ｎＬＭ）神经元的感受野模型,并模拟了Ｒ３凶对蠕虫样刺激物的“头／尾偏爱”特征,细胞对刺激物的选择性以及ｎＬＭ神经元对运动边缘的反差、方向、边缘     

基于光敏蛋白的猫视皮层细胞双眼汇聚功能的模拟

已知光敏蛋白菌紫质ＬＢ膜具有类似于视觉系统感受野的对光微分响应。利用这个特性,本文组装了一对人工视皮层条型简单细胞感受野,并测定了其朝向选择特性及ＯＮ－区闪光融合频率响应特性。在此基础上,用这一对人工感受野组成了猫视皮层细胞双眼汇聚功能模拟系统,并模拟了猫视皮层细胞双眼汇聚功能。     

视觉编码的快速学习

活动依赖的神经可塑性在视觉皮层信息处理过程中起着很重要的作用。该文将讲述几个关于视觉刺激引起皮层反应发生快速变化的研究工作。在体膜片钳的实验结果表明,将视觉刺激与能够诱发孽个视皮层神经元发放动作电位的电刺激相偶联可以改变神经元的感受野特性。单电极和多电极胞外记录的实验结果显示,反复地给予自然图形电影刺激,不仅能增加视皮层神经元反应的可靠性,而且能造成之后的自发活动中存在“记忆的痕迹”。最后,用电压敏感染料成像的方法对群体细胞活动进行考察,结果提示视觉活动之后的皮层回放可能是由皮层波介导的。     

视觉刺激对猴初级视皮层神经元眼球位置效应的影响

用细胞外记录的方法,研究了视觉刺激对清醒猴初级视皮层神经元眼球位置效应的影响,当猴注视电视屏幕上２５个不同位置的小光点时,屏蔽上分别给予两种不同形式的视觉刺激：注视点周围的闪光圆环和感受野内的移动光条。这两种刺激都能增强初级视皮层神经元的眼球位置相关活动,并相应地使受眼球位置调制的神经元的比例明显增加。     

金黄仓鼠视皮层、上丘和外侧膝状体中的血管活性肠肽(VIP)神经元及其纤维

用程序稍有不同的两种ＰＡＰ法对视觉通路中的三个重要区域视皮层、上６和外侧膝状体中的 血管活性肠肽（ＶＩＰ）进行了定位,．视皮层Ⅱ至Ⅵ层都有ＶＩＰ阳性神经元分布,内域性的阳性神经 纤维遍布整个视皮层。上丘中的ＶＩＰ阳性神经无数量较少,主要分布于上丘的咀部表层,视皮层和 上丘中的ＶＩＰ神经元均为非锥体型的多极和双极神经元。外侧膝状体中未发现有ＶＩＰ阳性神经元 胞体．只有弥散的阳性神经纤维。     

运动结构背景对视觉系统神经元反应的调制作用

对蟾蜍的５６个视顶盖神经元的视觉反应进行了定量考察和分析,发现它们不仅对黑目标起反应,也对结构目标起反应．同相运动的结构背景使５３．５％的神经元的反应完全抑制,而异相运动则只有１０％的神经元完全被抑制,却有２１．６％的神经元反应增强．遮盖感受野（ＲＦ）中心区,则同相运动使某些细胞脱抑制,而异相运动使其抑制强度稍有增强．遮盖ＲＦ的外周区,几乎全部研究过的神经元对结构背景运动本身也起反应。本研究还发现,如果预先将一目标放在兴奋性感受野（ＥＲＦ）中央静止不动,并使结构背景在水平方向匀速移动较长时间后突然停止运动,则被研究过的６６个视盖神经元中有２９个发放一串脉冲,即神经元的运动后放电．各个神经细胞放电的脉冲多寡不一。若在ＥＲＦ中央不放置静止目标,仅是结构背景的水平运动不能诱发放电．此效应的出现,既与目标背景间反差符号（即目标为白色或黑色）无关,也与背景的运动方向无关。为诱发这一效应,不仅要求背景运动时间较长（至少在２０秒以上）,而且目标的面积要有足够大。     

初级视觉皮层“简单”与“复杂”神经元动力学的计算建模

本文回顾了我们在哺乳动物视觉皮层的建模工作.利用初级视觉皮层的大规模神经元网络模型,我们解释了初级视觉皮层里“简单”与“复杂”神经元现象的网络机制.所谓的“简单”细胞对视觉刺激的反应近似线性,而“复杂”细胞对视觉刺激是非线性的.我们的模型成功地再现了简单和复杂细胞分布的实验数据.