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唐世明课题组发现猕猴初级视皮层V1神经元的形状选择性
日期: 2017-12-15       点击量: 1239

万博体育客户端及麦戈文脑科学研究所唐世明课题组近日在Current Biology在线发表论文,利用该课题组最新发展的清醒猴双光子成像技术,发现初级视觉皮层V1神经元对复杂形状的选择性反应。

视觉是高等动物最重要的感觉,超过80%的外界信息经由视觉获得,视觉识别也是机器学习及人工智能研究的核心问题。初级视皮层V1是大脑视觉信息处理的第一站,自Hubel & Wiesel上世纪60年代在V1开创性研究工作以来,经过该领域科学家们几十年的努力,建立了经典的视觉信息处理等级学说,初级视皮层V1神经元被认为主要处理视觉形状中的局部朝向信息,V1也被认为是理解得最为透彻的视觉区域。

唐世明研究组在前期研究工作中,成功建立了清醒猴双光子成像技术(Neuron, 2017),在此项研究中,利用该技术研究了多达1000V1神经元对近万个视觉形状的反应。结果发现,近半数的V1神经元对圆弧、角等复杂形状选择性反应,这些神经元虽然对线段的朝向也有选择性,但反应幅度通常很弱。这一发现表明,在视觉信息处理等级中,存在一个早期的复杂形状特征检测阶段,V1表层神经元作为形状检测器直接编码复杂的局部形状元素。这一研究成果可能改变以往人们对大脑视觉信息处理的认识,也对机器学习和人工智能研究有新的启发。

以往传统神经电生理研究主要利用微电极记录,对视皮层神经元采样很稀疏,使用的刺激数量也较为有限,可能只是看到了V1神经元反应的冰山一角。该项研究使用双光子成像,可以对视场内几乎所有神经元密集采样,在长期稳定的成像时间内,系统地研究V1神经元群对大量视觉形状的反应,因而能揭示视觉神经元反应的全貌。该项技术也能应用到其他脑区,研究选择性注意、工作记忆等脑认知功能的神经机制。

1,初级视皮层V1神经元对复杂形状的选择性

该项研究得到北京大学-清华大学生命科学联合中心、国家自然科学基金( 317301093、0525016)、北京大学985工程项目、国家重点研发计划(2017YFA0105201), 北京市科委项目资助。

原文链接:http://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(17)31521-X

Tang S et al. (2017) Complex Pattern Selectivity in Macaque Primary Visual Cortex Revealed by Large-Scale Two-Photon Imaging. Current Biology. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2017.11.039.

参考文献:

Li M, Liu F, Jiang H, et al. (2017) Long-Term Two-Photon Imaging in Awake Macaque Monkey. Neuron, 2017, 93(5):1049.

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