纹外皮层PMLS区反馈投射对初级视皮层神经元反应特性的影响

神经系统中存在大量下行投射,与上行输入一起形成复杂的前馈与反馈回路,调控神经信号的传导和处理,但目前对皮层内反馈投射的功能作用认识还比较薄弱.通过微量注射抑制性神经递质γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA),使猫纹外皮层后内侧外上雪氏区(area posteromedial lateral suprasylvian,PMLS)局部可逆性失活,使用胞外记录方法,研究初级视皮层17区神经元反应特性的变化.实验结果显示,PMLS区失活后,17区细胞对运动刺激的反应总体减弱,反应的相对稳定性基本不变,最高发放率/自发之比有所下降.与此同时,细胞的方向选择性指数减小,朝向选择性无显著变化.除少数"双向"反应细胞外,绝大部分细胞的最优方向基本不变.进一步分析发现,细胞对各个方向刺激的反应普遍下降,最优方向上的下降程度最大,是导致方向选择性减弱的主要原因.这些结果表明,PMLS区反馈投射可增强初级视皮层的方向选择性,而对朝向选择性影响有限.这一作用特点体现了PMLS区在皮层中偏重处理运动视觉信息的功能.     

内容和运动方向感知计算模型

对视野中的物体及运动方向进行感知是视觉感知的基本问题之一,较高级视皮层从V1区的简单细胞开始分为两个通路：“What通路”和“Where通路”．前者对物体的形状、颜色、纹理等内容感知,后者对空间运动速度和方向等感知．本文利用仿脑视觉信息处理计算结构,研究视觉内容和运动方向上的感知计算模型、计算机理和学习算法．该计算模型是一个三层的神经网络,第一层是视觉信号输入层,用于接收外界图像刺激．第二层是神经信息内部表象层,与第一层的网络联结是通过神经元稀疏表象原理自适应形成神经元的感受野．为此,引入Kullback_Leibler散度描述神经元响应的独立性,极小化该代价函数导出网络联结权值的学习算法．从自然图像块中学习得到图像基函数,这些基函数具有局部性、朝向性和带通滤波性．这些性质与生理实验结果中的V1区简单细胞感受野特征相吻合．将这些基函数作为神经元的感受野,并在第三层对较高级视皮层的内容感知和运动感知神经元进行建模．在理想刺激中加入一定量的噪声后,该模型对内容和运动方向的感知仍有较高的准确率和较好的鲁棒性．最后给出的实验仿真结果说明模型的可行性和学习算法的简单有效性．     

乌拉坦对青、老年猫视皮层神经元反应特性的影响(英文)

以前的电生理研究结果显示, 老年哺乳动物视皮层细胞的自发反应及对视觉刺激的诱发反应比青年动物的显著增加, 而对光栅刺激的方位和运动方向选择性却显著下降。然而, 这种视皮层细胞功能的老年性改变是否因青、老年猫细胞对不同麻醉水平的敏感性差异引起尚不清楚。为探讨该问题, 以常用的麻醉药——乌拉坦(Urethane)为实验对象, 通过改变其麻醉剂量分别记录青、老年猫初级视皮层细胞对不同方位和运动方向光栅刺激的调谐反应。研究结果显示, 在基础麻醉量的基础上, 累积增加 50 mg 和 100 mg 乌拉坦对青、老年猫视皮层细胞的自发反应和诱发反应以及对光栅刺激方位和运动方向的选择性不产生显著影响, 累积增加 150 mg 乌拉坦会导致青、老年猫视皮层细胞对视觉刺激的反应性下降, 但下降的幅度相似。以上研究结果表明, 不同剂量的乌拉坦对青、老年动物视皮层细胞的反应性具有相似的影响。     

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.     

不同注意任务类型及难度对猕猴微眼动的影响

微眼动是视觉注视过程中幅度最大、速度最快的眼动,可以消除由于神经系统适应性而产生的视觉衰退现象,在视觉信息处理过程中发挥着重要作用.基于微眼动与视觉感知功能的相关性,设计实验研究猕猴完成显性、隐性注意任务以及不同难度显性注意任务时,视觉注视情况下微眼动的差异.通过对不同难度显性注意任务下微眼动的参数进行比较,发现随着任务难度的增加,微眼动的幅度、速率和频率都被抑制.另一方面,对比不同类型的视觉感知任务(显性注意和隐性注意),发现在相似的实验范式下,隐性注意对微眼动的频率有明显的抑制作用,但幅度和频率没有得到一致的结果,这表明视觉注意任务类型的不同或将导致猕猴完成任务的策略不同.这些工作将为今后进一步研究微眼动产生的神经机制以及视觉注意过程中眼动的作用机制奠定良好的基础.     

猫前内侧上雪氏区视神经元对运动随机线条的反应

对于运动信息在脑内的加工,一种观点认为分两阶段进行,低级视皮层只对运动图形内部成分的取向进行调谐,高级视皮层整合低级视皮层的输入,对图形整体的运动方向敏感。用网格（plaid）作为刺激的实验表明,在较低级皮层区,细胞多表现为成分方向选择性（Component-motion Selectivity),即对刺激中的取向因素敏感：而较高视皮层的细胞多表现为整体方向选择性（Pattern-motion Selecitivity),对运动整体的方向敏感,从而支持运动信息加工的“两阶段”理论。实验中,用一系列运动随机线条刺激（random line patterns)。研究猫前内侧上雪氏区（Anteriormedial lateral suprasylvian area,AMLS)神经元的方向调谐特性。结果表明多数细胞为整体方向选择性,且随线长增加此类细胞比例下降,而成分方向选择性细胞的比例有所增加,呈现由整体方向选择性向中间类型（Unclassified),由中间类型向成分方向选择性变化的趋势,提示整体或成分方向选择性可能并非细胞的固有特性,而是可以随刺激取向因素的变化而改变的。     

猫后内侧上雪氏区视神经元对运动棒反应的取向和方向特征

猫后内侧上雪区（ｐｏｓｔｅｒｏｍｅｄｉａｌｌａｔｅｒａｌｓｕｐｒａｓｙｌｖｉａｎａｒｅａ,ＰＭＬＳ）的绝大多数神经元（１７１／２００）对运动棒的取向调谐,６２％（１２４／２００）细胞的取向调谐宽度（半高波宽）小于９０°：按方向选择性和取向选择性可分辨出几类特征明显的细胞类型：１、强取向和强方向选择性细胞;２、强取向调谐的双向选择细胞;３、弱取向调谐的强方向选择细胞;４、无取向无方向选择性细胞;以及５、特征不明显的或中间类型细胞。它们与最近光学记录揭示的鹰猴中颞叶视区（ｍｉｄｄｌｅｔｅｍｐｏｒａｌｖｉｓｕａｌａｒｅａ,ＭＴ）的组织有很好的吻合。     

视觉系统皮层下细胞的方位和方向敏感性

视觉方位、方向选择性曾被认为是高等哺乳动物视皮层细胞的特有功能。近年来大量的实验结果表明,视皮层下的外膝体神经元和视网膜神经节细胞都具一定程度的方位和方向敏感性,这些性质是遗传决定的,不受后天环境的影响。在外膝体内,已为视皮层细胞高度的方位、方向选择性和功能柱的形成做出了初步的分类与编组,提供了前级安排。这种皮层下的方位、方向敏感性细胞在发育过程中传递和加工了环境视觉信息,促进了视皮层更强的方位、方向选择性机制和方位功能柱的形成。外膝体在视觉信息平行处理通道的形成上起着分类集聚的重要作用。     

胼胝体输入对猫皮层17/18交界区细胞方向和取向选择性的影响

用抑制性神经递质GABA阻断胼胝体输入、用微机控制的运动光棒作为视觉刺激,用金属电极胞外记录技术,研究猫皮层17/18区交界附近细胞方向选择性和取向选择性的变化.在被检测的48个细胞中,50%细胞的方向选择性强度,54.2%细胞的取向选择性强度发生了改变;约20%细胞的最优反应方向或.及最优取向发生了10-30°的偏移;共有56.2%细胞的方向选择性、58.3%细胞的取向选择性受到明确的影响.这些结果表明胼胝体对皮层细胞视觉反应的贡献是多方面的.     

调频声调制方向选择性与其前掩蔽的关系:小鼠下丘细胞内记录研究北大核心CSCD

细胞外记录研究报道听中枢神经元的调制方向选择性和前掩蔽均与神经抑制有关,但由于未能获得抑制性突触输入作用的直接证据,尚存有争议。本研究在20只昆明小鼠(Mus musculus Km)上进行在体细胞内记录,研究了下丘神经元调频声的调制方向选择性或偏好与其前掩蔽之间的关系。共获得93个下丘神经元,对其中37个产生动作电位(action potential,AP)发放且数据完整的神经元做了分析和讨论。在上扫选择性神经元(n=12)频率调谐的高频边存在抑制性突触后电位构成的抑制区,而在下扫选择性神经元(n=8)的低频边存在抑制区,在不具有调制方向选择性的神经元(n=17)频率调谐的高、低频边均未观察到有明显的抑制区,表明这些抑制区是调频声调制方向选择性形成的重要原因。比较上扫和下扫调频声对上、下扫选择性和非选择性神经元的前掩蔽效应,结果显示具有调制方向选择性的神经元,其所偏好方向的调频声对最佳频率(best frequency,BF)声产生的前掩蔽强于非偏好的调频声;而无调制方向选择性神经元,上、下扫调频声的掩蔽效应无差异。以上结果提示,AP后跟随的强抑制性突触后电位可能是调制方向选择性神经元前掩蔽产生的机制。