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V1区不同外周整合细胞的经典感受野属性研究

以家猫为动物模型,采用细胞外记录的方法,测试了82个初级视皮层细胞的方位和方向调谐以及感受野大小.基于细胞的面积整合特性,区分出52个外周抑制型细胞和30个外周无抑制型细胞.所有被测细胞均存在强的方位选择性,而外周无抑制型细胞比抑制型细胞有更强的方位选择性.两类细胞的方向选择性没有显著性差异.外周抑制型细胞比外周无抑制型细胞有着更大的动作电位发放率.采用两种不同方法测量两类细胞的感受野范围,却产生了不同的结果:用最小反应区测量发现抑制型细胞的经典感受野更大,而用面积整合曲线测量时外周无抑制型细胞的感受野更大.     

视皮层细胞方位选择性研究的新进展

高等哺乳动物视皮层细胞方位选择性的形成机制一直是视觉研究的热点。近来许多新的实验事实和假说,使长期占统治地位的会聚学说面临挑战。不同假说争论的问题在于：皮层下的输入和皮层内作用二者谁在方位造反性的形成过程中起讯作用？皮层内对方位选择性强度的放大作用主要是兴奋性的还是抑制的？本文对有关这一研究的新进展作了评述,试图使人们更全面地认识视觉方位选择性这一经典感受野特性。     

视网膜神经节细胞感受野的一种新模型 II.神经节细胞方位选择性中心周边相互作用机制

在前文建立的二维视网膜神经节细胞含大周边感受野模型基础上 ,结合生理实验结果模拟了神经节细胞的方位选择性特性。文中采用椭圆感受野的观点解释了方位选择性的成因。并通过中心区以外区域对中心区方位选择性的复杂调制组合 ,展示了感受野不同亚单元对方位选择性的影响作用 ;指出方位选择性的成因是感受野椭圆亚单元的存在;感受野复杂的方位选择性是由于中心和周边在不同刺激条件下竞争的不同结果造成的;同时指出对椭圆感受野 ,倍频反应也会有相应的方位选择性。     

视网膜神经节细胞感受野的一种新模型：Ⅱ.神经节细胞方位选 …

在前文建立的二维视网膜神经节细胞含大周迷感受野模型基础上,结合生理实验模拟了神经节细胞的方位选择性特性。文中采用椭圆感受野的观点解释了方位选择性的成因。并通过中心区以外区域对中心区方位选择怀的复杂调制组合,展示了感受野不同亚地方位选择性的影响作用;指出方位选择性的成因是感受野椭圆亚单元的存在,感受野复杂的方位选择性是由于中心和周边在不同刺激条件下竞争的不同结果造成的;同时指出对椭圆感受野,倍频反应     

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。     

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。     

猫视皮层17,18区神经元对错觉轮廓的反应

研究了轻度麻醉下猫视皮层17, 18区细胞对错觉轮廓刺激的反应特性, 比较了对错觉轮廓有明显反应的细胞对真实轮廓和错觉轮廓刺激的感受野特性的异同. 共记录了猫视皮层17, 18区200个方位/方向选择性细胞, 其中有42%的细胞是错觉轮廓反应细胞. 将这些细胞对真实轮廓和错觉轮廓的反应进行比较, 尽管错觉轮廓反应细胞对移动光棒和错觉轮廓光棒的方位/方向调制曲线十分相似, 但对移动错觉棒和移动光棒的反应模式(潜伏期和反应时程)不同. 对由光栅组成的错觉轮廓而言, 细胞的反应大小与组成光栅的相位无关, 并且细胞对组成错觉轮廓光栅的最优空间频率比对普通移动光栅的最优空间频率要高得多, 说明细胞确实是对轮廓本身反应, 而不是对组成轮廓的光栅的末端反应. 某些速度调制类型的细胞对移动错觉棒反应的最优速度比对移动光棒的最优速度要低得多. 进一步验证了猫视皮层17, 18区部分细胞能对错觉轮廓反应, 并且观察到这些细胞对错觉轮廓和真实轮廓有不同的感受野反应特性, 提示视觉系统对两种刺激图形的检测机制可能存在着差异.     

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.     

用脑光学成像精确测定猫初级视皮层视野拓扑投射关系

利用基于脑内源信号的光学成像和二维互相关分析的方法,对猫初级视皮层17区的视野拓扑离心度(即视网膜-皮层拓扑关系)进行了精确测量。当采用在同一屏幕内处于上下视野的、方位互相垂直的两个相邻光栅刺激时,皮层中一部分区域的绝大部分细胞因同时兴奋而导致方位功能图模糊不清。将这种方位功能图和用单一方位(水平或垂直)全屏光栅刺激所得到的功能图进行比较,通过计算每一像素的互相关系数,从而获得皮层的精确视野拓扑离心度。同时用电生理的方法测量了同一视皮层内的单细胞的感受野位置,证明这种方法得到的视野离心度和光学记录方法得到的相同。因此,本研究为大面积地确定视皮层细胞感受野在视野中的位置提供了一种快速和较准确的方法。     

特定方位的光栅识别学习不改变猫外膝体背核神经元的方位敏感性

视觉信号识别训练可改变视觉通路神经元的可塑性, 其神经机制尚不清楚。已有少数研究显示, 动物(猴) 长时间进行特定方位的光栅识别学习后, 视皮层部分神经元对视觉刺激的反应表现出与学习任务相关的敏感性变化。这种敏感性变化是否亦存在于皮层下结构尚无报道。本实验训练两只成年猫分别进行水平和垂直方位的条形静止正弦光栅的识别以获得食物奖赏, 两只猫的行为识别能力逐渐提高, 4 个多月后识别的正确率达85%以上, 用与训练方位垂直的正弦光栅检测发现, 识别正确率明显下降。细胞外记录外膝体背核(Dorsal lat eral geniculate nucleus, dLGN) 神经元对不同方位正弦光栅刺激的反应显示, 与正常猫相比, 训练猫外膝体细胞的最优方位并未向着训练方位发生明显改变, 对于感受野位于中央区15度视角以内的细胞来说, 其方位选择性强度以及在训练方位的发放强度与正常猫无明显差异。以上结果表明, 猫对特定方位的光栅识别学习不改变外膝体神经元的方位敏感性, 其行为上方位识别特异性的提高可能与视皮层细胞的方位编码可塑性有关。     

视皮层反馈对猫外膝体神经元方位调制特性的影响

以扫描正弦光栅作为刺激,用冰冻法毁损皮层17、18、19区和外侧上雪氏回(LS区)来阻断皮层对外膝体的反馈投射,记录并描绘了猫外膝体597个细胞的方位调制特性.去视皮层猫外膝体神经元的平均方位选择性强度(Bias)为0.154,与正常猫(0.155)几乎相同,其最优方位偏向于水平方位.与正常猫外膝体不同的是,去视皮层猫外膝体失去了最优方位的切向分布规律,用GABA或KCl压抑皮层活动得到了相近的实验结果.结果说明正常外膝体的最优方位切向分布规律来自皮层反馈投射.     

猴和猫初级视皮层细胞方向选择性及其功能组织的比较研究

虽然许多视皮层区内的方向选择性细胞以柱状方式排列组构, 但猴初级视皮层(V1)区方向选择性功能组构仍然不甚明了. 定量地比较研究了猴和猫初级视皮层方向选择性细胞的比例、选择性强度和功能组织, 结果表明, 猴的方向选择性细胞的比例比猫少, 选择性强度和方向功能组织的程度均显著地比猫弱, 提示这些种属差别可能源于其神经通路的不同.     

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．     

视觉皮层方位敏感性的皮层下起源

自Hubel和Wiesel关于视皮层研究的开拓性工作以来,视觉方位敏感性一直被认为是视皮层细胞独有的功能。本文综述了80年代以来的最新研究成果,表明视觉方位敏感性起源于视网膜、丘脑外膝体等皮层下结构,而在视皮层方位功能柱形成之前,丘脑外膝体已对具有相似最优方位的外膝体神经元作了初步的编组或预安排。     

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。     

抑制性整合野细胞的对比度响应函数研究

采用细胞外记录的方法,在单独刺激经典感受野(classical receptive field,CRF)或同时刺激CRF和感受野外区域(extra-receptive field,ERF)的情况下,测量了猫初级视觉皮层细胞的对比度响应函数。当刺激所用的中心和外周运动光栅的参数一致时,与仅刺激CRF相比,强的ERF抑制使对比度响应函数动态区增加,响应增益和对比度增益降低。当中心和外周光栅的方位相差90度时,与方位参数一致的情况相比,大部分细胞的ERF抑制减弱,对比度响应函数的动态区减小,对比度增益和响应增益增加;少数细胞的ERF对CRF的作用从抑制变为易化,其对比度响应函数的动态区与只刺激CRF相比还要小,而对比度增益和响应增益还要大。揭示了初级视觉皮层细胞的抑制型整合野在CRF和ERF图像的方位及对比度差异检测中的作用机制。     

基于初级视觉皮层的同步振荡目标检测模型

提出一种基于初级视觉皮层的目标检测模型,该模型只采用方位选择性细胞和皮层内水平连接等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进入同步振荡状态,实现对视野中特定目标轮廓的识别。计算机仿真结果表明,在较高级皮层的“知识”控制之下,初级视觉皮层结构上实现简单的目标检测是可行的。     

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。