视适应多重机制的神经基础

Adaptation is an important aspect of neural plasticity. Investigations on neural plasticity provide useful clinical implications for many neural diseases, which also promote the development of artificial intelligence. Therefore, research on visual adaptation is always one of the most important fields in cognitive psychology. Recent work on visual adaptation discloses that visual adaptation is controlled by multiple distinct mechanisms that tune to differing timescales. This new finding is mainly interpreted via thereotical modelling. Yet, it remains largely unknown what are the neural substrates for these multiple controlling mechanisms. The work proposed here will address this issue by exploring the timescale characteristics of the mechanisms along the visual processing hierarchy with both psychophysical and neuroimaging methods, which is believed to deepen our understanding of the neural mechanisms about visual adaptation.

视适应是大脑可塑性的一个重要表现形式。对大脑可塑性的研究不仅有利于指导神经系统疾病的治疗，也有利于人工智能等领域的发展。因此视适应的研究一直是认知心理学领域的一个重要的研究方向。最近关于视适应方面的研究工作揭示视适应是由多重机制控制的，这些机制具有彼此不同的时间尺度。研究者为这一新发现提供了理论模型的解释，但是目前对于控制视适应的多重机制背后所代表的神经基础仍然处于极大未知的状态。本项目拟运用心理物理和脑功能成像方法，尝试沿着视觉信息加工的层级，来比较这些机制的时间尺度在不同加工层级上的异同。我们希望通过本项目的研究，增进对视适应多重机制的神经基础的认识，加深对视适应这一基本的大脑可塑性的神经机制上的理解。

视觉系统为了更好地表征环境中的视觉信息，需要根据环境的改变而做出功能上的调节，这就是视适应。视适应也是大脑的可塑性的重要表现形式之一。以往的工作发现控制适应的机制是多重的，且具有不同的时间尺度。为了研究视适应的多重机制背后的神经基础，我们首先聚焦在视觉加工的不同层级的适应机制，通过设置适应刺激是否包含轮廓信息来比较初级和中级视觉加工的适应机制的快慢，发现倾斜后效在适应刺激包含轮廓的条件下衰退得更慢，从而证明了中级视觉加工层级的适应机制比初级视觉加工层级的更加缓慢；通过沿用去适应范式，结合对适应后效衰退的时间曲线的分析，我们证实了处理生物运动信息这样的高级视觉加工阶段也存在多重机制控制视适应；通过研究视觉后像的眼间整合在适应阶段和后像阶段的不同，我们发现眼间整合在后像阶段显著地强于适应阶段，这一现象反驳了视觉后像的形成仅仅是视网膜阶段适应的结果，说明视觉后像的形成离不开皮层上的机制。另一方面，我们探查了多天次的适应是否可以得到累加，因为适应的再学习存储有可能可以带来跨天的效应累加。我们发现以实验室刺激或更改现实刺激作为适应刺激，重复多天适应可以得到完全不同的结果。前者可能由于适应刺激与任务无关而引发了视适应的习惯化，即适应后效随着重复适应天数的增加而不断减弱；后者允许观察者与适应刺激进行交互，并产生了可以累加的适应效应，由于适应后的双眼平衡性的增加效应非常的持久，可能反映了适应双眼互补的更改现实刺激激活了很长时程的适应机制。我们还有一条线路的研究发现，视觉运动适应的同时如果发生了与运动方向反向的头部旋转，运动适应后效的时长相较于头静止条件显著地缩短；而在知觉到视觉运动后效的同时，如果进行头部转动，那么与头动方向反向的视觉运动后效看起来速度更快，且该效应的幅度与转头速度成正相关。这些结果表明，视觉运动适应及其后效，虽然长久以来被认为是视觉现象，背后却受视觉前庭整合的机制控制。