猫视皮层细胞对运动光棒刺激的反应特性的定量分析

数据分析方法的不完善影响了关于细胞视觉反应特性研究结果的可靠性.本工作在分离视觉反应中方向和取向选择性因素的基础上.采用“积分平均”的手段.且将取向选择性理解为“强度随取向的变化率”,得到一种较为准确全面地表现细胞有关反应特性的定量分析法,可以体现出一些以往各方法无法反映出的差别,我们用此方法分析了猫视皮层细胞对运动光棒刺激的反应特性及其相关性.发现取向选择性因素对总反应的贡献较方向选择性大;反应强度,方向选择性和取向选择性三者间存在着弱相关.最优方向、最优取向及方向选择性最强的方向三者间有一定的偏离.     

冷冻取消胼胝体传递对猫皮层17/18区边界细胞部分电生理特性的影响

用IBM-XT微机控制产生各种取向的可移动正弦光栅作为视觉刺激,用金属微电极在猫皮层一侧17/18区边界附近进行胞外记录,神经信号由微机实时采集并进行数据处理;对11只猫的62个细胞进行了冷冻取消另一侧胼胝体向记录侧传递前后细胞的取向选择性,最佳取向和最大反应的测定与比较.发现冷冻后有至少50%细胞的取向选择性强度发生了变化,其中选择性减少与增加的数目基本相等;有20-30%细胞的最佳取向发产了10°至20°的变化;有一半以上细胞的最大反应发生了变化,其中三分之二细胞的反应减少,其余的增加.通过部分细胞的恢复实验证明以上变化基本是可逆的,说明胼胝体对这些特性有一定影响.     

视觉细胞反应中方向选择性和取向选择性成分的分离

运动的光刺激常被用于研究视觉神经细胞的方向和取向选择性.但是,在细胞的反应中,两种因素同时存在且混杂在一起; 以往的各种分析方法均因未能有效地解决这一问题而不够准确,对此我们给出了理论和实例证明.本工作引入正余弦函数系对实验数据作最优回归分析.拟合程度好于以往的方法.并且从根本上分离了反应中的方向和取向选择性成分.使对这两种性质的准确定量成为可能.本文对此方法的内在含义作出了解释,并提出了对方向、取向选择性及最优方向、取向的理解.     

猫上丘视觉神经元的取向和方向选择性

基于对上丘细胞对运动光棒刺激反应特性的定量分析,首次明确提出猫上丘视觉神经元具有一定的取向选择性,并从形态基础和生理功能的角度讨论了这种选择性存在的意义。另外还发现上丘的方向和取向选择性均弱于初级视皮层,且对向视野上、下方运动的光棒较为敏感。     

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.     

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.     

猫后内侧上雪氏区视神经元对运动棒反应的取向和方向特征

猫后内侧上雪区（ｐｏｓｔｅｒｏｍｅｄｉａｌｌａｔｅｒａｌｓｕｐｒａｓｙｌｖｉａｎａｒｅａ,ＰＭＬＳ）的绝大多数神经元（１７１／２００）对运动棒的取向调谐,６２％（１２４／２００）细胞的取向调谐宽度（半高波宽）小于９０°：按方向选择性和取向选择性可分辨出几类特征明显的细胞类型：１、强取向和强方向选择性细胞;２、强取向调谐的双向选择细胞;３、弱取向调谐的强方向选择细胞;４、无取向无方向选择性细胞;以及５、特征不明显的或中间类型细胞。它们与最近光学记录揭示的鹰猴中颞叶视区（ｍｉｄｄｌｅｔｅｍｐｏｒａｌｖｉｓｕａｌａｒｅａ,ＭＴ）的组织有很好的吻合。     

老化对猕猴中颞视区细胞早期方向选择性的影响

中颞视区(middle temporal area、MT/V5)在视觉运动处理过程中起着重要作用。MT区神经元对物体运动方向具有强选择性,而这种细胞的方向选择性被认为是运动方向知觉的神经基础,且已有实验表明方向选择性由于受到注意影响,而在时间进程上分为2个阶段。该研究组先前的实验发现麻醉猕猴(Rhesus macaque)MT区细胞的方向选择性发生了衰退,但该衰退是整个时间进程上平均的结果,并不能在时间进程上揭示其神经机制。因此,为了进一步探索运动方向感知能力下降的神经机制,该实验采用单细胞技术在麻醉猕猴的MT区研究了在正常老化过程中MT区细胞的早期方向选择性变化(early stage direction selectivity,esDB),结果表明老年猕猴MT区细胞早期方向选择性显著降低,具有强早期方向选择性的细胞显著减少。该结果进一步揭示了MT区细胞方向选择性在早期发生的衰退可能介导了视觉运动感知能力的下降。     

胼胝体输入对猫17/18区交界神经元反应强度的影响

用微机控制的以一定速度移动的亮棒或暗棒作为视觉刺激,在视皮层一侧施加GABA或其拮抗剂荷苞牡丹碱(Bicuculline,简写为Bicu),在对侧皮层17/18区交界附近记录加药前后单细胞的视觉反应.结果表明,对侧施加GABA后有52.1%细胞反应减少,22.5%细胞反应增加;对侧施加Bicu后有44.9%细胞反应增加,23.2%细胞反应减少;对两种药物均无反应的细胞不足10%.实验中受胼胝体神经元影响的对侧细胞的百分比明显高于以往用其它方法所得到的结果.本文对实验结果的可靠性和意义做了讨论.     

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.     

Orientational and directional selectivities of visual neurons in the superior colliculus of the cat

Based on quantitative analyses of the response characteristics of visual neurons in the superior colliculus to moving optical bar stimuli, it is demonstrated for the first time that the visual neurons in superior colliculus of the cat have, to some extent, orientational selectivity. The significance of this selectivity is discussed in reference to its morphological substrate and physiological functions. In addition, both the directional and orientational selectivities in the superior colliculus are relatively weak when compared with those in the primary visual cortex, and the majority of the neurons prefer upward or downward motion in the visual field.     

Directional tunings independent of orientation in the primary visual cortex of the cat

A family of moving 'random-line' patterns was developed and used to study the directional tuning of 91 single units in cat primary visual cortex (V1). The results suggest that, in addition to the well-known orientation-dependent mechanism, there is also some kind of orientation-independent mechanism underlying the direction selectivity. The directional tuning of the neurons varies in accordance with the increase of orientation or non-orientation element in the stimulus.     

Directional tunings independent of orientation in the primary visual cortex of the cat

A family of moving ‘random-line’ patterns was developed and used to study the directional tuning of 91 single units in cat primary visual cortex (V1). The results suggest that, in addition to the well-known orientation-dependent mechanism, there is also some kind of orientationindependent mechanism underlying the direction selectivity. The directional tuning of the neurons varies in accordance with the increase of orientation or non-orientation element in the stimulus.     

蛙下丘频率调谐特性方向选择性的建模和仿真

基于Ｆｅｎｇ等人的神经电生理实验结果,建立了关于豹蛙（Ｒａｎａ ｐｉｐｉｅｎ）半规隆凸（ｔｏｒｕｓ ｓｅｍｉｃｉｒｃｕｌａｒｉｓ）核团神经元频率调谐特性方向选择性反应的模型,并在此基础上讨论了模型各个参数对模型方向性反应输出的影响。结果提示：１）听觉系统两侧的相互抑制作用－双耳抑制主要决定频率调谐特性的尖锐性随方向变化的特性;２）前级神经元对不同方位外界声源刺激具有不同强度平均脉冲发放的特征则主要     

猫前内侧上雪氏区视神经元对运动随机线条的反应

对于运动信息在脑内的加工,一种观点认为分两阶段进行,低级视皮层只对运动图形内部成分的取向进行调谐,高级视皮层整合低级视皮层的输入,对图形整体的运动方向敏感。用网格（plaid）作为刺激的实验表明,在较低级皮层区,细胞多表现为成分方向选择性（Component-motion Selectivity),即对刺激中的取向因素敏感：而较高视皮层的细胞多表现为整体方向选择性（Pattern-motion Selecitivity),对运动整体的方向敏感,从而支持运动信息加工的“两阶段”理论。实验中,用一系列运动随机线条刺激（random line patterns)。研究猫前内侧上雪氏区（Anteriormedial lateral suprasylvian area,AMLS)神经元的方向调谐特性。结果表明多数细胞为整体方向选择性,且随线长增加此类细胞比例下降,而成分方向选择性细胞的比例有所增加,呈现由整体方向选择性向中间类型（Unclassified),由中间类型向成分方向选择性变化的趋势,提示整体或成分方向选择性可能并非细胞的固有特性,而是可以随刺激取向因素的变化而改变的。