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。     

初级视皮层神经元响应反应与撤反应的朝向选择性

朝向选择性是初级视皮层(17区或V1)神经元的基本性质,在图形感知中起着关键作用.同时这些神经元对于持续时间大于100 ms的视觉刺激具有清晰的响应反应(Onset responses)和撤反应(Offset responses).以往的研究只关注响应反应的朝向选择性,而忽视了对撤反应的朝向选择性研究.我们比较了响应与撤反应的朝向调谐性质,大多数细胞的撤反应与响应反应基本上具有相似的最优朝向,而撤反应的朝向调谐宽度有窄于响应反应的趋势,撤反应的最优延迟普遍滞后于响应反应的最优延迟.撤反应的朝向选择性略强于响应反应和具有显著长的反应延迟提示,皮层内的反馈输入可能在形成撤反应的朝向选择性中起着作用.本研究揭示了撤反应的朝向选择性在刺激朝向的连续表征和主体在形状知觉的后期对朝向的精细区分中起着作用.     

初级视皮层神经元对瞬态刺激响应的时间性质

初级视皮层神经元对周期性运动光栅刺激具有周期性持续响应,而对没有周期性变化的静止恒定刺激的响应主要集中在刺激呈现的初期,为瞬时性响应.我们研究了在5～50 ms短时长静止刺激下神经元的响应性质,对响应时程的分析表明,猫初级视皮层神经元对瞬态刺激的响应曲线呈波峰形式.随着刺激的出现,在经过一段延迟后,响应幅度上升,出现一个或多个响应峰,随刺激的消失,响应幅度下降.神经元表现出随刺激时长的增长,响应峰主峰(第一个峰)的峰值时间和峰宽都有增加的趋势,但峰值时间在30～50 ms趋于饱和,除5 ms刺激时长诱发的峰高明显降低以外,其他刺激时长诱发的峰高较恒定.刺激消失变为灰屏时,神经元会产生撤反应峰(刺激后发放,offset responses),其强度由前面的刺激时长决定.最小响应时长约为39 ms,主峰与撤峰的最小时间差为36 ms,二者十分相近,提示了视初级视皮层神经元的基本响应时间约为35～40 ms.这可能是"视觉暂留"现象在初级视皮层水平的生理基础.     

大鼠运动皮层神经元集群锋电位时空模式解析

在大鼠前肢压杆任务中,同步记录初级运动皮层神经元集群活动信号与压杆的压力信号,分析神经元锋电位发放的时空模式,并用于大鼠前肢运动的解析和预测.数据分析显示在压杆阶段与非压杆阶段大鼠运动皮层神经元锋电位发放模式存在着显著差别,且神经元活动变化先于前肢运动的发生约300~400ms,并可通过与行为的相关性将神经元的发放模式分为4类.研究结果同时显示,两层Elman神经网络可用于神经元集群活动的解码,解码所得到的压力值与系统所采集的压杆压力信号有较好的拟合度,二者间的相关系数可达0.8766.研究表明了运动相关的神经信息处理和表征依赖于初级运动皮层神经元的相互作用和整合,揭示了神经元集群活动在运动信息编码中的重要作用.实验结果也揭示神经元集群活动信号解析后有望用于对外部器械进行直接控制,推动植入式脑-机接口及运动重建等康复技术的发展.     

用脑光学成像术研究不同空间拓扑位置猫初级视皮层的空间频率反应特性

采用基于内源信号的脑光学成像方法,在大范围视皮层研究了不同空间拓扑位置对应的皮层区的对光栅刺激空间频率反应特性。结果表明,周边视野对应区对高空间频率刺激反应极弱或没有反应,中心视野对应区对较宽的空间频率范围内的刺激均有反应,但对高频刺激反应更强;无论在周边对应区还是中心对应区,其视野越靠近中心,其空间频率调谐曲线和截止空间频率越靠近高频,而且这种过渡是平缓的。以上结果说明,猫初级视皮层空间频率反应     

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.     

初级运动皮层与帕金森病

初级运动皮层(primary motor cortex,M1),在精细运动执行中起非常重要的作用,同时在皮质-基底神经节-丘脑-皮质神经通路中也发挥重要的作用.本文结合当前研究进展,围绕M1区神经元构筑、突触投射及多巴胺受体分布及帕金森病(Parkinson's disease,PD)后神经元电生理学变化等方面阐述M1...     

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.     

基于初级视觉皮层的图像匹配模型

提出一种基于初级视觉皮层的图像匹配模型。该模型只采用方位选择性细胞和皮层内有限范围水平连接等Ｖ１基本单元,它以链码表示的目标轮廓作为知识,允许该知识以时间脉冲的形式控制Ｖ１区内神经细胞的动态活动,使与知识轮廓形状相符合的轮廓内的细胞,逐步进入并维持在兴奋状态,最终实现对视野中特定目标轮廓的提取     

猫初级视皮层神经元不依赖于图形取向的方向调谐

设计并利用运动“随机”线条图研究了猫初级视皮层(V1)共91个细胞的方向调谐特性.结果表明, V1区神经元的方向选择性除了存在基于图形成分取向的机制以外,还存在不基于取向因素的机制.当刺激图形中的取向或非取向因素增强时,神经元的方向调谐也会相应转变.     

Information in the Neuronal Representation of Individual Stimuli in the Primate Temporal Visual Cortex

To analyze the information provided about individual visual stimuliin the responses of single neurons in the primate temporal lobevisual cortex, neuronal responses to a set of 65 visual stimuli wererecorded in macaques performing a visual fixation task and analyzedusing information theoretical measures. The population of neuronsanalyzed responded primarily to faces. The stimuli included 23 facesand 42 nonface images of real-world scenes, so that the function ofthis brain region could be analyzed when it was processing relativelynatural scenes.It was found that for the majority of the neurons significantamounts of information were reflected about which of several of the23 faces had been seen. Thus the representation was not local, forin a local representation almost all the information available canbe obtained when the single stimulus to which the neuron respondsbest is shown. It is shown that the information available about anyone stimulus depended on how different (for example, how manystandard deviations) the response to that stimulus was from theaverage response to all stimuli. This was the case for responsesbelow the average response as well as above.It is shown that the fraction of information carried by the lowfiring rates of a cell was large—much larger than that carried bythe high firing rates. Part of the reason for this is that theprobability distribution of different firing rates is biased towardlow values (though with fewer very low values than would bepredicted by an exponential distribution). Another factor is thatthe variability of the response is large at intermediate and highfiring rates.Another finding is that at short sampling intervals (such as 20 ms)the neurons code information efficiently, by effectively acting asbinary variables and behaving less noisily than would be expectedof a Poisson process.     

视皮层神经元活动的振荡和同步振荡现象

视皮层神经元电活动的振荡和同步振荡现象是神经生理学实验的最新发现之一.这一研究成果在认知科学界引起广泛关注.学术界对它在认知心理学上的解释、作用及意义有不同的评论.     

Computational Modeling of Orientation Tuning Dynamics in Monkey Primary Visual Cortex

In the primate visual pathway, orientation tuning of neurons is first observed in the primary visual cortex. The LGN cells that comprise the thalamic input to V1 are not orientation tuned, but some V1 neurons are quite selective. Two main classes of theoretical models have been offered to explain orientation selectivity: feedforward models, in which inputs from spatially aligned LGN cells are summed together by one cortical neuron; and feedback models, in which an initial weak orientation bias due to convergent LGN input is sharpened and amplified by intracortical feedback. Recent data on the dynamics of orientation tuning, obtained by a cross-correlation technique, may help to distinguish between these classes of models. To test this possibility, we simulated the measurement of orientation tuning dynamics on various receptive field models, including a simple Hubel-Wiesel type feedforward model: a linear spatiotemporal filter followed by an integrate-and-fire spike generator. The computational study reveals that simple feedforward models may account for some aspects of the experimental data but fail to explain many salient features of orientation tuning dynamics in V1 cells. A simple feedback model of interacting cells is also considered. This model is successful in explaining the appearance of Mexican-hat orientation profiles, but other features of the data continue to be unexplained.     

二甲双胍调节初级视觉皮层兴奋性和抑制性平衡及改善视觉功能的研究

大脑皮层中兴奋和抑制系统之间的动态平衡决定了皮层神经元对刺激的反应特性.已有研究表明,二甲双胍能够诱导 γ-氨基丁酸受体向突触后膜聚集,增强神经系统的抑制效果.本课题进一步探讨了二甲双胍对初级视觉皮层兴奋和抑制系统平衡的调节作用,以及其改善小鼠视觉功能的潜力.实验使用成年雄性小鼠,实验组(metformin)10只每天...