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。     

视网膜感受野数学模型的空间频率特性的研究

我们曾对视网膜感受野提出了一个数学模型,本文对这一模型的空间频率特性进行了研究。首先对于原来的模型作了一些简化,并假设联系密度函数k(x)为二个正态分布之差,然后进行福里叶(Fourier)变换,从频率域来讨论K(ω)的特性。结果表明:K(ω)也是二个正态分布之差的函数,不过它们的方差和峰值与实域(时空域)上的正态分布不同。对K(ω)的分析表明它可以对输入图形进行某种校正。本文还求出|K(ω)|为最大值时的频率ω~*,确定了抑制直流分量的条件。对于k(x)仍由二个正态分布之差组成,但数学期望不同的情况,进行了分析。最后,对视网膜感受野模型与侧抑制神经网络之间的关系,进行了讨论。     

视网膜感受野数学模型的空间频率特性的研究

我们曾对视网膜感受野提出了一个数学模型,本文对这一模型的空间频率特性进行了研究。首先对于原来的模型作了一些简化,并假设联系密度函数k(x)为二个正态分布之差,然后进行福里叶(Fourier)变换.从频率域来讨论K(ω)的特性。结果表明:K(ω)也是二个正态分布之差的函数,不过它们的方差和峰值与实域(时空域)上的正态分布不同。对K(ω)的分析表明它可以对输入图形进行某种校正。本文还求出|K(ω)|为最大值时的频率ω,确定了抑制直流分量的条件。对于k(x)仍由二个正态分布之差组成,但数学期望不同的情况,进行了分析。最后,对视网膜感受野模型与侧抑制神经网络之间的关系,进行了讨沦。     

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     

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     

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。     

同心圆感受野去抑制特性的数学模拟

以感受野外周区内各亚区之间的抑制性相互作用为基础,提出了一个能描述视网膜神经节细胞传输特性的数学模型,此模型能很好地解释传统感受野外大范围去抑制区产生的机制。当用来处理亮度对比边缘时,它既能很好地增强边缘对比,又可有效地提升被传统感受野中心／外周拮抗机制所滤除了的区域亮度对比和亮度梯度信息。本文也用不同空间频率的光栅和真实图像检验了模型的空间频率传递特性,并与其它模型进行了比较。     

用菌紫质Langmuir—Blodgett膜模拟视网膜神经节细胞感受野的DOG滤波等特性

用菌紫质膜以一维形式模拟了视网膜神经节细胞的ＯＮ－中心型感受野。实验表明菌紫质ＬＢ膜具有ＯＮ型和ＯＦＦ型微分响应特性,对运动狭缝,所模拟的人工视网膜感受野的周边区和中心区都具有类高斯函数形式的滤波特性,整个人工视网膜感受野具有与高等动物视网膜相似的ＤＯＧ滤波运算功能。     

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     

用菌紫质Langmuir—Blodgett膜模拟视网膜神经节细胞感受野的DOG滤波等特性

用菌紫质ＬＢ（Ｌａｎｇｍｕｉｒ—Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）膜以一维形式模拟了视网膜神经节细胞的ＯＮ－中心型感受野。实验表明菌紫质ＬＢ膜具有ＯＮ型和ＯＦＦ型微分响应特性。对运动狭缝,所模拟的人工视网膜感受野的周边区和中心区都具有类高斯函数形式的滤波特性,整个人工视网膜感受野具有与高等动物视网膜相似的ＤＯＧ（ＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆＧａｕｓｓｉａｎｓ）滤波运算功能。     

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。     

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。     

视觉剥夺猫外膝体神经元最优方位的分布特性

记录和测定了视觉剥夺猫（ｄａｒｋ－ｒｅａｒｅｄｃａｔｓ）外膝体３４４个细胞的方位调谐等感受野特性,多数细胞（８２％）具有方位敏感性（Ｂｉａｓ＞０．１）。最优方位的分布与正常猫类似,偏向于水平方位,但分布特性强于正常猫。与正常猫类似,视觉剥夺猫外膝体细胞的最优方位与该细胞感受野在视网膜上的位置有关,偏向平行于视网膜中心区与感受野中心的连线（向心线）;外膝体内位置相邻近的细胞具有相近的最优方位,亦呈现初步有序排列。结果表明：外膝体细胞最优方位的分布特性与后天视觉经验无关而可能来源于遗传因素。     

味觉感受细胞离子通道和动作电位的建模与仿真

结合膜片钳测量的味觉感受细胞离子通道实验数据,提出了一个哺乳动物味觉感受细胞动作电位的数学模型.首先,建立了味觉感受细胞的电压门控Na＋通道和外向延迟整流K＋通道的模型,在此基础上建立了味觉感受细胞的单细胞计算模型.其次,仿真研究了味觉感受细胞在电刺激和酸味刺激下产生的动作电位,以及离子通道动力学特性对其的影响.该模型对于研究味觉感受细胞在味觉物质刺激下产生的动作电位及其离子通道的工作机制,以及味觉信息在外周神经的传递和信息编码具有指导意义。     

以菌紫质LB膜为基础的两种视觉感受野的某些特性的模拟

发展视觉模拟的新技术和新材料一直为人们所期待。本文用菌紫质ＬＢ膜模拟动物视皮层简单细胞的ＯＮ－中心条型感受野,又用此膜以一维形式模拟了视网膜ＯＮ－中心型神经节Ｘ型细胞感受野。在观察了它们的感受野地图后,用前一种感受野模拟了取向调谐曲线和长度调谐曲线,用后一种感受野模拟了“零位置”和马赫效应。所有的模拟结果与电生理实验的有关结果符合较好。说明以菌紫质为材料的视觉功能和特性模拟前景良好。     

电刺激大鼠皮神经外周端对相邻脊髓节段皮神经内Aβ纤维的机械感受特性的影响

为观察Aβ类初级传入纤维是否参与相邻脊髓节段外周末梢之间的信息传递及其相关机制 ,实验自近中端切断一侧T8～T12 脊髓节段背侧皮神经 ,将一支被切断的皮神经的外周端分离成数支细束 ,以单个Aβ纤维放电为指征 ,检测单位的传导速度、适应特性、机械感受阈值、感受野的形状和面积 ;在相邻脊髓节段、也与中枢断离的皮神经干上施加逆向电刺激 ( 0 45mA ,0 1ms,2 0Hz,10s) ,以观察该刺激对Aβ纤维的上述机械感受特性的影响。在 42只大鼠上共记录了 5 0个Aβ类单位。逆向电刺激相邻节段皮神经后 ,60 6% (n =3 3 )的单位感受野增大 ,全部单位的感受野平均面积从 8 94± 6 5 1mm2 显著增加到 2 0 3 4± 16 17mm2 (P <0 0 1)。 81 8% (n =2 0 )的单位感受野形状从点状、圆或与身体长轴垂直的椭圆变成与身体长轴斜行或平行的椭圆。 68 0 % (n =5 0 )的单位机械感受阈值下降 ,全部单位的平均阈值从 2 3 7± 1 2 4mN降至 2 2 9± 1 2 4mN (P <0 0 5 )。上述机械感受特性的改变可持续 5 2 2 3± 9 2 7至 5 6 93± 15 76min。跨节段电刺激后 ,有 5 0 0 % (n =5 0 )的单位同时出现放电的增加 ,但该增加仅持续 1 5 2± 0 46min ,显著短于机械感受特性改变的时程 (P <0 0 1)。有机械感受特性改变的单位也     

青蛙视网膜神经节细胞分类的研究

关于视网膜神经节细胞分类的研究,到现在已有几十年的历史。许多研究者对不同动物进行了观察,但他们分类的根据不完全一致。在早期,Cajal(1893)以树突分枝在内网织层的分布做为根据。后来,将视网膜做整铺片,能够观察到神经节细胞的整个形态。这样,分类的依据也增加了,逐渐把神经节细胞胞体的大小、树突野的范围和树突分枝数目等做为分类标准(Kalinina,1974;Boycott er al.,1974)。从分类的趋势来看,有从复杂到简单的倾向,如早期研究中,Cajal(引自Kalinina,1974)将神经节细胞分为11类,后来,Lettvin和他的同事(1961)以及Kalinina(1974)分为五类,Shibkova(1970)分为三类。随着电生理研究的发展,对神经节细胞的分类开始把细胞形态和生理机能联系起来。近年来,在哺乳动物中,用电生理方法发现有三种反应特性不同的神经节细胞,分别叫做X.Y.W细胞。Boycott等(1974)根据神经节细胞的形态特点,将它们分为α.β.γ三种类型,并且发现这三类细胞分别与X.Y.W细胞对应,从而使组织学研究具有了新的意义。     

高浓度葡萄糖对C57小鼠视网膜神经节细胞的视觉反应特性的影响——一项离体生理研究

本研究旨在观察视网膜神经节细胞在高浓度葡萄糖下的视觉反应特性.实验中,视杯平铺于记录腔,Ames缓冲液灌流,单细胞外记录小鼠(Mus musculus)视网膜神经节细胞.实验结果表明,高糖条件下,ON神经节细胞的平均感受野大小(34.1±2.9,n=14)明显小于OFF神经节细胞的(49.3±0.3,n=12)(P0.0001).高渗条件下,可以观察到类似的模式,即ON神经节细胞的平均感受野大小小于OFF的(P0.0001).ON神经节细胞的平均亮度阈值在高糖(P0.0001)或者高渗(P0.0002)条件下明显升高.OFF神经节细胞的平均亮度阈值在相同条件下(高糖:P0.01;高渗:P0.0002)也有升高.在高渗条件下,ON神经节细胞的平均对比增益明显低于OFF神经节细胞的(P0.015).而在高糖条件下,ON神经节细胞的平均增益明显高于OFF神经节细胞的(P0.0001).这些结果表明,高糖可缩小神经节细胞的感受野,降低亮度敏感度,减弱对比增益.高糖对ON和OFF神经节细胞的影响可能是通过不同的机制进行的.