快速变化的均匀亮度信息在初级视皮层的表征

【作者】 李冉； 王勇； 王毅；

【机构】 中国科学院生物物理研究所,脑与认知国家重点实验室； 中国科学院研究生院；

【摘要】 背景对均匀亮度信息的感知是辨别物体表面,区分图形-背景关系的重要因素。初级视皮层对刺激的对比度信息有强的响应,而只有部分初级视皮层神经元能够对均匀亮度信息有反应。新的研究表明对均匀亮度响应的延迟时间要长于对对比度响应的延迟时间,认为对均匀亮度的反应是由感受野位于亮度刺激边缘的神经元对刺激边界的对比度的反应产生,再传递到感受野位于亮度刺激内部的神经元而最终形成的,是一种自上而下的视觉填充(filling-in)的过程(Huang and Paradiso 2008)。而另一些实验则揭示初级视皮层神经元对低空间频率的反应要早于对高空间频率的反应,认为对视觉信息的加工是一个coarse-to-fine的过程。此外,前人的研究大多使用长时间的稳态刺激。但是,由于头动、眼动或物体运动的存在,从视网膜到初级视皮层的各级神经元感受野内的各种信息都在快速变化,在这种条件下,初级视皮层怎样表征均匀亮度信息还不清楚。所以,我们采用快速变化的刺激方式模拟自然条件下视觉影像的变化,来研究初级视皮层的神经元对均匀亮度的反应性质。方法使用40 ms快速无空白间隔呈现的大小10度以上的均匀亮度圆盘和固定对比度变化亮度的正弦光栅分别作为刺激,我们记录猫初级视皮层神经元的胞外电活动,采用反相关方法 ,分析神经元对这些刺激的反应,前一刺激对后一刺激诱发的反应的影响(2阶信息)。结果根据初级视皮层神经元对均匀亮度的响应,可以将神经元分为三类。既对均匀亮度又对对比度反应的神经元[42%,103/243,简称LC(luminance-contrast)神经元],仅对对比度响应的神经元(54%,131/243,C神经元),仅对均匀亮度响应的神经元(4%,9/243,L神经元)。统计表明LC和L神经元群体相比C神经元群体具有更低的空间频率和更高的时间频率。并且LC神经元对刺激的反应要快于C神经元。2阶信息分析进一步表明,LC神经元对均匀亮度的反应延迟更短。结论这些结果表明在快速变化的情况下,初级视皮层神经元对均匀亮度的响应与对低空间频率的反应形式相似。说明均匀亮度信息比对比度信息更快到达皮层,初级视皮层神经元的这种反应性质可能对视觉信息加工的coarse-to-fine过程起着重要的作用。我们的结果揭示了初级视皮层神经元表征均匀亮度信息的机制。更多还原