模拟昆虫视觉-行为抉择的强化学习模型

视觉信息用于行为抉择的过程是一个极其复杂的脑信息处理过程,昆虫或动物对外界环境的学习是以价值来控制的,并可影响其行为抉择,研究这一过程对揭示人类自身脑运行机制有重要意义.文章在郭爱克研究小组果蝇实验提供的生物依据基础上,提出了一种模拟果蝇视觉-行为抉择的神经网络模型.该模型引入了价值和基于价值的强化学习算法,应用于输入视觉图像的强化学习,以此建立果蝇脑内多巴胺和蘑菇体对于抉择判断的价值体系.模拟的结果表明,该模型可以模拟果蝇视觉信息的学习和行为抉择过程,其结果与生物实验相符,同时也为机器人视觉信息控制行为抉择的应用提供了基础.     

应用基于内源信号的光学成像技术的视觉脑研究现状

基于脑内源信号的光学成像技术是近来国际上出现的一种脑功能成像方法。该技术既无毒,又具有较高的空间分辨率,因而被迅速应用于动物的视觉、听觉、体感皮层功能构筑的研究中。本文综述了这种光学脑功能成像在视觉脑研究方面所取得的重要进展,并分析了该方法与其他脑成像技术、微电极单细胞技术的关系。报道了国内自行研制第、套脑功能光学成像系统的研究工作,该系统已在猫初级视觉皮层不同深度获得了清晰的方位功能图,并已经和     

浅谈生物教学中对学生观察能力的培养

一、生物学教学培养学生观察能力的可行性观察能力是学生发现问题增长知识的重要心理特征。敏锐的观察力对学生智能的发展有着十分重要的意义。心理实验告知,通过“眼”获得的知识,要比耳多得多(视觉占83%,听觉11%),也就是说,人们获得知识信息主要依靠观察。中学生物教材所反映的对象具有一个其它学科无法比拟的特点,这就是高度的直观性。从形态到结构,从类群到生态,绝大多数是看得见、摸得着,或者借助放大镜、显微镜等教学仪器,可以直接地感受到的,它为学生进行观察提供了广阔的舞台。     

轮廓加工的认知神经机制

视觉加工的核心是对视觉场景中与认知行为相关的客体进行区分与识别。自然情境下的视觉输入往往由极为复杂的三维场景信息组成,包含多个视觉客体。一般认为,视觉轮廓信息是对视觉图像进行划分,识别客体的重要依据。为此,视觉科学家们对视觉轮廓加工的认知神经机制进行了大量的研究与探索。然而,这些研究往往仅仅集中于轮廓加工的某一方面或特定阶段,迄今尚未有学者针对关于轮廓加工的研究结果进行系统性的总结。我们提出,视觉轮廓加工共包括轮廓检测、轮廓从属判断、轮廓整合三个相互作用的关键性阶段,并在综合现有电生理、人类脑成像及脑电研究证据的基础上,分别对这三个阶段对应的神经生理特性、加工机理与信息交互机制进行探讨。最后,我们列举了进一步研究轮廓加工认知神经机制所面临的主要挑战。     

高速LED背光速视器揭示拓扑性质的快速加工

灵长类视觉系统能够非常有效地从环境中提取稳定的不变性特征,而不受各种变换与干扰的影响.这种不变性知觉的时间与动态过程为视觉理论提供了重要的约束.我们开发了一种高速发光二极管(LED)背光速视器,能够短暂呈现1 ms的视觉刺激,并以亚毫秒级精度调整刺激呈现时间.这使得我们可以通过控制视觉输入的可获取时间,估计感觉线索积累的心理物理曲线,从而研究在图形结构优势效应任务中,拓扑、射影、仿射和欧氏不变性的相对加工速度.实验结果表明拓扑不变性所需要的呈现时间最短,这与大范围首先理论的预测相一致.     

植物生物技术与果树品种改良

果树植物大多系多年生木本植物,与一年生大田作物相比,具有树体高大、遗传上高度杂合、童期长等特点,这使得常规育种技术难以发挥应有的作用。近年来,植物生物技术发展迅速,能够有效地解决常规育种技术所无能为力的某些困难,在作物品种改良过程中获得了卓有成效的应用。本文仅就植物生物技术在果树品种选育中的应用状况作一评述。五胚胎抢救在果树有性杂交中,常因杂种胚发育不良而不能获得表现正常的杂种后代,植物胚胎培养将有助于克服这一困难。例如,在培育成熟期很早的桃品种过程中,需用早熟品种作杂交亲本。但早熟品种因其果实…     

40年来苏联中枢神经系统生理学的进展

对于四十年来苏联在中枢神经系统生理学的发展,只能概括地介绍一下关于中枢神经系统研究的重要方向,并对这一科学领域中在这时期内所提出的那些最关重要的事实和理论作一叙述。关于优势原则在中枢神经系统的研究方面,第一个出色的事件就是优势原则的确立,这一原则是在1923年由Ухтомский把它作为神经中枢活动的主要规律,作为调节人和动物行为的规律而提出来的。对人体的日常现象以及在实验动物方面所获得的许多事实表明,当人或动物被一个与外界环境的这种或那种动因有关的一定的、生命上极为重要的刺激作用所占据时,那么,此时机体就不再接受外界环境的其他刺激动因。这个理论几乎立刻成为大     

物体生命度和真实大小在腹侧视觉通路上表征的研究进展

大脑如何感知物体并对感知到的物体进行类别的划分,这是视觉认知神经科学研究的重要目标之一。先前的研究证明,当我们看到物体时,大脑腹侧视觉通路能够对看到的物体进行识别并分类,进而使我们在行为上产生针对物体的不同交互方式。本文总结了腹侧视觉通路与物体视觉分类相关的最新研究进展,从物体在视觉皮层中的神经表征和机制等方面阐述了物体生命度与真实大小这两个重要组织维度的研究现状,提供了新的见解,同时指出了进一步研究的方向。     

果蝇幼虫的视觉系统

视觉对于动物的生存和行为来说是非常重要的。虽然果蝇幼虫的视觉神经系统在组织结构上比成虫简单,但是也具有一定的复杂性和多样性。在最近几年中,随着对果蝇幼虫视觉系统功能的研究取得重要进展,我们对于果蝇幼虫视觉系统的认识更加丰富了。果蝇幼虫视觉系统的结构中,最初级的光感受神经元包括三类,一类是BO/BN(Bolwig's organ/Bolwig's nerve),一类是表达感光分子CRY(cryptochrome)的神经元,另外一类是Ⅳ型DA(classⅣdendriticarborization)神经元;果蝇幼虫视觉系统的次级神经元主要是光节律相关的侧神经元(lateralneurons,LN),它表达Per(period)、Tim(timeless)及Pdf(pigment dispersion factor)等节律相关的蛋白分子;而第三级神经元包括更为下游的、表达果蝇促胸腺激素且直接调控幼虫光偏好的NP394神经元。这三级神经元构成了我们现在所了解的果蝇幼虫视觉神经系统的基本框架。     

视觉系统感受野的研究概况及其模拟

自从Hartline于1938年引导出蛙单根视神经纤维的电活动,并在视觉系统的研究中,引入感受野(Receptive field,以下简写为R.F.)的概念以后,对于各种动物,以及视觉系统的各级水平上,进行了大量的实验工作,积累了丰富的资料,对于视觉系统功能的了解,取得了前所未有的进展。关于感受野研究工作的综述性文章,已陆续有所发表,本文不拟重新罗列这些实     

基于GIS的视觉景观影响定量评价方法理论与实践

在人地关系日益紧张的今天,一些可能产生视觉景观不良影响的项目不得不建设于自然保护区、历史文化遗迹等视觉景观敏感区内或附近,为避免建设项目对自然、历史、文化、旅游资源产生不必要的损失或造成难以弥补的遗憾,视觉景观环境影响评价就显得尤为重要.视觉景观环境影响评价在中国尚处于探索阶段,相关的研究多数集中在理论综述和定性的评价.以某建设项目对明十三陵景区的景观影响评价为例,对如何运用GIS空间分析功能,开展视觉景观环境影响定量评价研究展开探讨.     

以菌紫质膜人工感受野为基础的图象边缘检测系统

本文应用菌紫质沉淀膜在一维上模拟了动物ＧＣ感受野。以该人工感受野为基础,构建了一个边缘检测系统,并成功地对图像的边缘进行了检测。本文所获得的结果将为人工视觉、图像技术和分子电子器件的发展提供新的启示。     

6-DMAP抑制栉孔扇贝（♀）×虾夷扇贝（♂）受精卵第一极体释放后染色体的分离状况

三倍体贝类因其具有生长快、个体大、肉质佳和成活率高等优良的经济性状而在水产养殖业中具有重要的应用价值[1].获得100%三倍体贝类的最佳途径是通过四倍体贝类与二倍体贝类杂交来获得.目前已经发展出多种诱导四倍体的方法,包括抑制受精卵第一极体的释放、抑制受精卵的卵裂、细胞融合和利用人工雌核发育等方法.人工诱导四倍体技术已经在多种鱼类上获得成功[2].迄今,国内外学者已对多种贝类[3]进行了四倍体育种研究,都获得了一定比例的四倍体胚胎或幼虫,甚至是稚贝,但是除了太平洋牡蛎Crassostrea gigas(Thunberg)[4]外大部分由于存活率低最后都没有获得两性能育且形成群体的四倍体贝类.     

初级视觉的小波表征及其图象压缩效果

初级视觉的Ｇａｂｏｒ函数模型和变换尺度为３是初级视觉处理外界信息的主要特征,在此基础上,由于小波所具有的多分辨特性与视觉处理由粗到细的过程相一致,因而,希望存在一类能够表征这两个初高觉特征的小波亦换。从这点出发,本文先给出了具有变换尺度为３的正交Ｈａａｒ基,而后给出了具有以上两个特征的小波基和小波滤波器。     

揭秘大脑里的“开关”

动物对不同的感觉刺激产生不同的行为反应,这对动物生存至关重要。关于其神经机制的研究,之前的工作多集中在感觉系统信息处理方面。但视觉刺激所包含的行为意义是怎样被大脑处理的,大脑处理后又如何根据刺激的行为意义调控行为的发生尚不清楚。为了更好地解析行为选择的神经机制,中国科学院神经科学研究所杜久林组姚园园等利用斑马鱼的逃跑环路为模型,研究了不同行为意义的视觉刺激引起不同行为反应的神经机制。首先,他们发现斑马鱼仅对危险性而非非危险性视觉刺激产生逃跑行为,且这一行为控制发生在视觉信息由视觉中枢向逃跑命令神经元传递的阶段(即视觉-运动信息转换阶段)。其次,发现下丘脑多巴胺能神经元和后脑甘氨酸能抑制性神经元组成"开关"样功能模块控制这一行为选择。进而,他们发现这一"开关"样功能模块对危险性和非危险性视觉刺激的不同控制是由这些神经元的视觉反应特性实现的。这一工作揭示了神经调质系统在行为选择中的作用,增加了人们对感觉–运动信息转换控制的认识。该工作发现的神经调质系统响应感觉刺激这一功能特点可能是大脑中一种普遍存在的神经机制,即神经调质系统接受和处理感觉刺激所携带的行为意义,进而通过调节感觉-运动神经通路,帮助动物作出相应的行为选择。这一工作为课题组提出的"Bi-modal Brain Function Hypothesis"提供了进一步的实验证据。     

初级视觉的小波表征及其图象压缩效果

初级视觉的Ｇａｂｏｒ函数模型和变换尺度为３是初级视觉处理外界信息的主要特征。在此基础上,由于小波所具有的多分辨特性与视觉处理由粗到细的过程相一致,因而,希望存在一类能够表征这两个初级视觉特征的小波变换。从这点出发,本文先给出了具有变换尺度为３的正交Ｈａａｒ基,而后给出了具有以上两个特征的小波基和小波滤波器。我们将其应用到图象信息的压缩上,着重与传统二进的小波变换图象压缩的效果进行了比较,结果说明具有视觉特征的小波变换能够提供良好的图象压缩效果和主观视觉效果     

多重视觉表征:从视网膜坐标到空间坐标

视觉系统基于映射到视网膜上的像来获取外部世界的信息,因此,视觉信息首先在视网膜坐标系中进行编码和表征。然而,大量的研究显示,眼睛的注视方向对视觉皮层神经元的活动强度具有广泛的调节作用,这一机制能够实现基于视网膜以外参考坐标的视觉加工过程。近些年的研究发现,视觉信息能在多种不同的参考坐标下进行表征,这些机制在稳定的视觉表征、多感觉模态整合与视觉运动信息转换中起到重要作用。     

人工视觉辅助系统：现状与展望

通过视觉获取图像信息是人类学习和生活的重要功能,失明则会显著降低其生活质量.因视网膜色素变性、青光眼和黄斑变性等疾病而造成后天失明者,以及由意外事故、战争等造成眼部创伤者,有可能通过人工视觉辅助系统的帮助恢复部分视觉,或者完成复杂的生活任务.一些盲症患者视觉通路的神经传导剩余部分依然有功能,因此可以借助电极阵列刺激视神经向大脑传递视觉信息,也可在大脑视觉皮层贴敷电极阵列的方法输入视觉信息.此外,还能借助体外装置,如通过人工智能将视觉转换成语音指令、触觉阵列编码等,帮助盲症患者获得环境信息.本文综述各类人工视觉辅助系统的现状,展望其发展趋势,并提出了新的植入器件与随身体外装置的新设想.     

中国科学院生物物理研究所视觉信息加工开放研究实验室

视觉信息加工是一个十分复杂的过程,研究视觉信息的接收、传递、提取、识别以及学习与记忆的机制,对阐明大脑工作原理和智能计算机的研制都有重要意义。国外在这方面给予足够重视,并取得很大进展。国内的研究主要包括:视网膜及视中枢的神经回路,初级视觉过程,视觉的中枢机制,视觉的计算理论,视觉的心理物理学,视觉计算神经网络等方面。为促进我国研究工作的发展和培养人才,1988年11月,中国科学院组织国内有关专家对在生     

Sox9在发育、成体组织和人类疾病中的研究进展

在软骨发生过程中基因突变引起骨骼畸形躯干发育异常。在患者体内首次发现了转录因子Sox9。随着后续研究,在胚胎发育中证明了Sox9是细胞命运决定因子。胚胎发育时期,Sox9能使不同胚层的细胞向特定的组织分化。最新的研究发现,在一些由内胚层和外胚层发育而来的成体组织和成体干细胞中Sox9仍表达。这表明Sox9在成体细胞维持和特化中起作用。Sox9功能多样性应结合转录后调控、结合蛋白、所表达的组织类型来解释。因其在胚胎和成体中的重要作用,Sox9异常表达会引发多种疾病。这篇综述总结了Sox9在细胞命运决定、干细胞学和人类疾病中的多种不同功能,希望对今后Sox9在干细胞失调或器官损伤引起的疾病治疗研究提供思路和依据。