局部亮度对猫初级视皮层神经元反应性质的影响

• 作 者: 王文亮
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 初级视皮层 局部亮度 对比度反应 朝向调谐 空间频率调谐 神经元

亮度是最基本的视觉信息之一。视觉场景的切换，比如，一个阴天和一个艳阳天，可导致10个数量级以上的全局亮度变化。在一个给定的视觉环境内，一小块区域内的平均亮度（局部亮度）变化范围稍小一些，但也有一个数量级以上。全局亮度的变化对初级视皮层（V1区）神经元反应性质的影响很早已经研究过，但是局部亮度对V1区神经元性质的影响知道的还很少。另外，前人的研究主要集中在神经元对均匀亮度的反应上，对光栅的亮度研究的比较少。本论文研究了猫V1区神经元对同时变化的局部亮度和对比度反应的时间过程，以及局部亮度对猫V1区神经元的朝向调谐以及空间频率调谐的影响。　　局部亮度和对比度是视觉场景最基本的两个特征。V1区神经元接收到的亮度和对比度信息是同时快速更新的。我们研究了猫初级视皮层神经元对同时变化的亮度和对比度(50Hz)反应的时间过程。我们发现V1区神经元对亮度变化的反应要早于对比度变化。在反应早期，大多数神经元携带亮度信息，但不携带对比度信息。在反应晚期，神经元既有亮度信息也有对比度信息。早期的亮度反应表明V1区对亮度信息的处理并没有以前认为的那么慢。　　我们还研究了局部亮度对猫V1区神经元的朝向调谐的影响。在自然图像典型的亮度变化范围内，朝向调谐宽度不变，即，朝向调谐是局部亮度不变的。另外，局部亮度不改变简单细胞朝向调谐的圆方差。但是低亮度显著地增加复杂细胞朝向调谐的圆方差（降低选择性），这种增加主要是由垂直朝向和最优朝向反应比率的增加引起的。对高亮度刺激的反应弱于对中间亮度刺激反应的神经元的比例在简单细胞中显著高于复杂细胞，并且，平均来说，简单细胞对高亮度刺激的反应要显著地小于对中间亮度刺激的反应，而复杂细胞对两者的反应接近。这些结果表明，局部的高亮度可能在简单细胞引发更强的皮层内抑制。　　最后我们研究了局部亮度对猫V1区神经元空间频率调谐的影响。平均来说，对于偏好低空间频率的神经元，局部亮度不改变其最优空间频率。但对于偏好高空间频率的神经元，局部低亮度使其最优空间频率变小。这对简单细胞和复杂细胞都成立。亮度降低使简单细胞和复杂细胞的空间频率调谐的带宽都变窄。亮度增高并不影响简单细胞的带宽，但显著地使复杂细胞带宽变宽。　　我们的结果揭示了早期亮度反应快于对比度，以及局部亮度对神经元朝向、空间频率调谐的影响，对进一步揭示V1区亮度反应的机制做出了重要贡献。