猫视皮层神经元对光栅反应最优方位在视网膜上分布特性的研究

用金属微电极记录了114个猫皮层17、18区细胞对不同方位光栅图象刺激的反应。细胞最优方位与其感受野中心在视网膜的位置间有系统性关系,即最优方位总是倾向于垂直于各感受野中心与视网膜中心区(area centralis)的连线。这一规律对在18区或17、18区全体记录到的细胞而言,有统计意义。 在17、18区内,仅对于感受野位于视网膜离心度(eccentricity)大于9°视角的细胞、具有较窄感受野(宽度小于2.5°)的细胞以及感受野处于视网膜垂直经线附近的细胞,上述规律才有统计意义,而对感受野离心度小于9°的细胞、感受野宽度大于2.5°的细胞以及感受野在倾斜经线附近的细胞,上述规律不明显。     

用于视觉神经电生理研究的实时计算机系统

本文描述用IBMPC/XT微机和适量外围接口组成的视觉神经电生理研究的实时计算机系统。系统由视屏产生多变的刺激图形、获取视网膜神经节细胞和外膝体细胞的感受野范围,测量感受野中心区大小及外周区拮抗作用的强度等参数。系统实时采集数据、分析、处理,在实验室已取得成效。     

某些脊椎动物视网膜感受野的数学模型及其推广

根据视网膜感受野的组织学和电生理资料,我们提出视网膜感受野的数学模型,其一维离散的情况的表达式是:g=[W·[K·A·R]_a]_β其中:A是输入向量,R是感受细胞的传递特性,K是第一层细胞与第二层细胞之间的联系矩阵,W是第二层细胞与神经节细胞之间的联系向量,α和β分别代表第二层细胞和节细胞的阈值。当K取某些特定值时,可分别模拟on-RF,off-RF,on-off-RF,在用小光点刺激下感受野的性质来检验模型,在感受野的一些空间特性方面定性上有较好的符合。本文讨论了构造特殊功能感受野的模型的一些方法。最后,把模型推广到二维连续的形式:■并对其中的传递密度函数k(x,y,λ,θ),作了一些讨论。     

某些脊椎动物视网膜感受野的数学模型及其推广

根据视网膜感受野的组织学和电生理资料,我们提出视网膜感受野的数学模型,其一维离散的情况的表达式是:g=[W·[K·A·R]_α]_β其中:A是输入向量,R是感受细胞的传递特性,K是第一层细胞与第二层细胞之间的联系矩阵,W是第二层细胞与神经节细胞之间的联系向量,α和β分别代表第二层细胞和节细胞的阈值。当K取某些特定值时,可分别模拟on-RF,off-RF,on-off-RF,在用小光点刺激下感受野的性质来检验模型,在感受野的一些空间特性方面定性上有较好的符合。本文讨论了构造特殊功能感受野的模型的一些方法。最后,把模型推广到二维连续的形式:并对其中的传递密度函数k(x,y,λ,θ),作了一些讨论。     

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。     

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。     

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。     

猫外膝体神经元时间频率调谐特性的研究

用示波器产生亮度受正弦波调制的小光点刺激清醒猫外膝体神经元的感受野,以不同调制频率下神经元放电的平均频率为指标,分析了126个细胞感受野中心的时间频率调谐特性,主要结果如下。(1)大多数(93.7%)细胞呈调制-兴奋型反应,即刺激光的时间调制在一定频率范围内使放电频率增加;少数(6.3%)细胞呈调制-抑制型反应,即在一定频率范围内,时间调制使放电减少。(2)根据调谐曲线的形状和通带宽度,调制-兴奋型反应包括带通滤波器和低通滤波器两种类型,其110个调谐曲线的峰值分布接近正态曲线,多数细胞对7Hz 的调谐最敏感。调制一抑制型反应包括带除滤波器和低除滤波器两类。(3)调制-兴奋型曲线的通带旁边较當出现抑制性侧带,调制-抑制型曲线出现兴奋性侧带。(4)感受野中心区与外周区的时间频率调谐曲线的带宽和形状有所不同。     

用双摄象管系统模拟同心圆式感受野增强图象轮廓

我们用两个摄象管组成的同步摄象系统来模拟视觉系统同心圆感受野的功能:一个摄象管用聚焦的细电子束扫描来获取感受野中心的信息,另一个用散焦的粗电子束扫描来提供感受野外周的信息,然后用一个差分放大器实现两个区域输入的拮抗作用;差分放大器的输出即相当于视网膜神经节细胞或外膝体神经元的反应。通过改变中心区和外周区电子束的大小(电子束的聚焦情况)和敏感性(视频放大器增益),可以显示Mach带,突出图象的边缘和拐角。     

用双摄象管系统模拟同心圆式感受野增强图象轮廓

我们用两个摄象管组成的同步摄象系统来模拟视觉系统同心圆感受野的功能:一个摄象管用聚焦的细电子束扫描来获取感受野中心的信息,另一个用散焦的粗电子束扫描来提供感受野外周的信息,然后用一个差分放大器实现两个区域输入的拮抗作用;差分放大器的输出即相当于视网膜神经节细胞或外膝体神经元的反应。通过改变中心区和外周区电子束的大小(电子束的聚焦情况)和敏感性(视频放大器增益),可以显示Mach 带,突出图象的边缘和拐角。     

具有共同感受野的外膝体神经元的反应相位互补特性

用微电极在猫外膝体进行记录时,有时同一支微电极能同时记录到两个神经元放电,通常是一个给光中心细胞和一个撤光中心细胞。这一对神经元具有共同的感受野,并且对光刺激的反应类型也相同(同属于瞬变型细胞,或者同属于持续型细胞)。当正弦调制的光点投射在它们的感受野中心时,在不同的刺激强度下,给光中心细胞和撤光中心细胞的反应相位彼此相差半个周期(180°)。在低的刺激频率(5Hz)下,给光中心和撤光中心细胞的反应峰值延迟时间(相对于光调制信号的最大和最小值)也相同,表明它们具有相同的反应潜伏期。这种相位互补特性使具有共同感受野的一对细胞工作于“推挽”方式。对于瞬变型细胞来说,尽管它们在单独活动时显示半波整流特性,然而组成互补对以后则能传递全周期光调制信号。     

猫纹状皮层神经元整合野结构的对称性及空间总合特性

用正弦调制的移动光栅刺激传统感受野和整合野,测量了猫纹状皮层神经元整合野各亚区的范围、抑制程度和亚区间的空间总合特性。结果表明：⑴整合野的两个侧区（以及两个端区）之间具有相同的作用性质（抑制或易化）。⑵大多数整合野的两个侧区（以及两个端区）的范围相等或大致相等。⑶抑制型整合野的两个侧区（以及两个端区）间对细胞反应的抑制程度显著相关。⑷两个侧区（以及两个端区）之间的空间总合具有非线性特性,侧区间总合与端区间总合的非线性程度相同。以上结果提示,整合野的两个共轭对称的亚区可能是由同一个与感受野同心重叠的大区域构成。     

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.     

立体视觉中视差信息在视觉系统中的编码方式——位置差？相位差？

视差是形成双眼立体视觉的主要机制,由于双眼的水平分布,导致空间物体在双眼视网膜上的投影的位置产生视差,但是图象的视差怎样由皮以眼性细胞来进行编码？早期曾推测是由双眼性细胞左右感受野的位置差异来对应,并有一些心理物理和生理实验的证据。最近的一些研究表明,感受野的相位差是视差编码的主要方式,感受野位置差则在某种程度上是一种补充。     

视网膜神经节细胞空间传输特性的模拟

以新近提出的同心圆感受野模型为基础。从感受野大工上周区内各亚区之间的抑制性相互作用入手,对视网膜神经节细胞的各种空间传输特性进行了模拟,通过改变外周亚区间抑制性相互作用的敏感度和有效范围,可逼真地模拟神经节细胞的各种不同的面积反应函数,用该模型来处不同空间频率的正弦光栅时,它既能很好地传递图像的高频成份,又可十分有效地提升被感受野中心／外周拮抗机制所衰减了的低频信息,此外,由于该模型引进了外周亚区     

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.     

体感Ⅰ区和Ⅱ区同时皮层内微刺激对猕猴外周皮肤痛阈的影响

本实验以皮肤伤害性刺激引起的回避性操怍式条件反射作为外周皮肤痛指标,在七只清醒、可以活动的猕猴身上观察了同时皮层内刺激SⅠ区和SⅡ区对外周痛阈的影响,其结果如下:(1)在单独刺激SⅠ区或SⅡ区后肢代表区观察到对侧后肢皮肤相应感受野痛阈明显升高后,同时刺激SⅠ及SⅡ区的47次实验中,有31次可见痛阈比单独刺激SⅠ或SⅡ区痛阈进一步有不同程度的升高;13次其痛阈未见进一步升高;3次其痛阈反而下降。(2)单独刺激SⅠ区后肢代表区,对同侧外周皮肤感受野痛阐没有影响,单独刺激SⅡ区的后肢代表区,则可使同侧相应外周感受野痛阈明显升高,而同时刺激SⅠ区和SⅡ区的8次实验中有7次发现同侧肢体皮肤感受野痛阈也进一步升高。(3)10次单独刺激SⅠ或SⅡ区,均未见非感受野皮肤痛阈明显改变,同时刺激SⅠ和SⅡ区也未见其痛阈有明显影响。相反10次同时刺激SⅠ和SⅡ区的手代表区也未发现对后肢皮肤痛阈有明显影响。结果提示:两个体感区对上行痛觉信息的相互间的调制作用主要表现为加强对外周痛阈的抑制作用。     

视网膜神经节细胞感受野的一种新模型 I.含大周边的感受野模型

感受野是视觉系统信息处理的基本结构和功能单元。Ｘ、Ｙ细胞是两类主要的视网膜神经节细胞。生理实验发现,在经典感受野之外还存在一个大范围的在周边去抑制区。文中采用周边去抑制区对经典外周的去抑制非线性使用方式,建立一个二维的与实验结果联系紧密的Ｘ、Ｙ细胞统一的复合感受野模型。该模型不仅能模拟Ｘ细胞的ｎｕｌｌ－ｔｅｓｔ反应和Ｙ细胞的ｏｎ－ｏｆｆ反应,还模拟了Ｙ细胞在低空频刺激时的信频反应、圆面积空间的倍频     

清醒猴纹状皮层（V1）神经元与注视位置相关的活动

用单细胞记录方法,研究了不同眼注视位置对清醒猴初级视皮层（Ｖ１）神经元自发活动的影响。实验前训练两只猴注视一个小光点,并使注视点在屏幕上顺序移动２５个位置。我们观察到：（１）５２％的初级视皮层神经元发放频率受眼位置调制,存在着一个能引起细胞最大发放的“注射野”;当注视点位于该细胞的注射野内时,发放频率明显增强。（２）大多数神经元的注视野位于感受野的外侧,多数在对侧视野范围内。（３）受眼位置影响的神     

猫18区简单细胞感受野的时空结构

通过测量感受野内不同空间位置的时间传递函数,研究了猫18区简单细胞感受野的时空结构.不同位置在时间特性上的差异主要表现在绝对相移上.绝对相移与位置的关系有两类:一类随位置变化绝对相移呈现连续性改变;另一类随位置变化绝对相移发生180度跳变.将频域特性进行反Fourier变换可得到感受野在时空域的表达.连续变化型的时间特性和空问特性不能分离,其时空结构倾斜.跳变型的时空特性可以分离,在时空平面内不具有倾斜结构.根据感受野内不同位置的绝对相移可以预测神经元的最佳运动方向和最佳空间频率.