不同整合野类型初级视皮层神经元在复杂自然场景特征提取中的作用机理研究

经典感受野与非经典感受野（整合野）之间的相互作用是视觉信息加工的一个重要特征。研究初级视皮层神经元在检测复杂自然场景时的神经活动性（神经响应编码）更能揭示生物的视觉信息处理和认知方式的本质。本课题拟采用多通道微电极阵列实验技术，在复杂自然场景刺激下分析初级视皮层不同整合野类型神经元的活动性，通过研究整合野对经典感受野的调控作用以及不同类型整合野神经元在自然图像的特征提取（同质性、异质性、轮廓特征等）中的作用，揭示不同尺度（单细胞水平、神经元集群水平）下初级视皮层神经元检测复杂自然场景的神经编码机制，其研究结果将为构建更符合生理机制的感受野模型，开展非结构化自然环境下的信息处理的理论和方法提供生物依据和模型支持。

研究初级视皮层神经元在检测复杂自然场景时的神经活动性（神经响应编码）更能揭示生物的视觉信息处理和认知方式的本质。本项目以多通道神经电生理和大脑光学成像技术为实验手段，结合神经计算建模，深入研究了初级视皮层神经元对复杂自然场景检测时的神经响应机制。在该项目的资助下，已在国内外重要刊物及国际国内会议上发表论文6篇，其中SCI检索论文3篇， 申请国家发明专利1项，顺利完成了预期目标。.项目主要研究成果包括：.（1）我们仔细研究了猫V1区细胞的经典感受野（CRF）和非经典感受野/整合野（nCRF）与刺激对比度的关系，实验发现：猫V1区细胞的CRF和nCRF的面积均随着刺激对比度的降低而增大，但CRF增长得更快；同时，nCRF对CRF的抑制强度亦会随着刺激对比度的降低而减弱，但这两个过程是完全不相关的。这项研究结果发表在Cerebral Cortex上。.（2）我们将猫V1区细胞分成了两类：外周抑制型(SS)细胞和外周非抑制型(SN)细胞。实验发现：SS细胞的抑制强度会随外周刺激的加入而抑制变强，特别当中心外周方位一致时抑制最强，呈垂直方位时最弱；而SN细胞则对外周刺激的加入及中心外周方位差的变化不敏感。这一结果暗示SS细胞更适于检测中心与外周感受野的方位连续性或相似性（如自然场景的同质性），而SN细胞则更适于检测中心与外周感受野的不连续性或差别（如自然场景的异质性）。这项成果发表在Plos ONE上。.（3）自然场景常常是动态的.我们根据视觉神经细胞对视觉刺激的逼近方向有高选择性的实验发现，建立了一个神经计算模型——基于视角的加权整合模型。该模型直接利用神经元的空间排布及神经元自身的sigmoid反应特性，实现了一种生物神经网络极易执行的碰撞时间（time-to-collision, TTC）快速算法,为人工视觉提供了一种具有生理意义的简便、快捷的算法。这项成果发表在NeuroReport上。