《圖形背景相互作用的群體編碼研究》是依託北京師範大學，由李武擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：圖形背景相互作用的群體編碼研究
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：李武
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
視覺系統對一個視覺刺激的識別和分辨取決於該刺激周圍的圖形上下文，即依賴於圖形和背景之間的複雜相互作用，而且這種相互作用受過去的經驗影響。了解圖形元素之間在知覺上被組合和分割的神經元機理是了解客體識別的神經機制的關鍵。以往的研究表明，初級視皮層（V1）神經元參與了編碼圖形和背景的複雜關係。然而，這些研究大多是基於對單個神經元反應特性的考察，無法真正了解一群神經元是如何協作來共同完成對圖形元素的組合和分割的；也無法了解這種編碼過程與知覺學習和經驗的關係。本項目擬在申請人已有的單電極記錄研究所取得的重要發現的基礎上，採用最新的慢性植入式微電極陣列，以清醒猴為實驗對象，通過同時記錄感受野在圖形和背景上的一群神經元，來探討V1細胞在圖形和背景相互作用中的群體編碼機制；並且長期跟蹤這些神經元在猴子學習圖形檢測任務過程中的變化，探討知覺學習對圖形背景分辨影響的神經元機制。
結題摘要
視覺感知依賴於圖形元素之間的上下文關係，並受選擇性注意的調控和過去經驗的影響，這些因素共同決定了視覺系統如何對圖形元素進行加工和表征，形成知覺上的圖形和背景。了解圖形元素之間在知覺上被組合和分割（即知覺組織）的神經機理是了解視覺信息加工的關鍵。以往研究表明初級視皮層（V1區）參與了編碼圖形和背景的複雜關係。然而，這些研究大多是基於對單個神經元特性的考察，而且很多結論都是從麻醉動物模型獲得，無法了解一群神經元是如何在注意的調控下協同完成對圖形元素的組合和分割，也無法了解編碼過程如何受學習訓練的影響。本項目在三年執行期內，通過在獼猴V1區植入微電極陣列，探討了圖形和背景相互作用中神經元的群體編碼機制；並且通過跟蹤猴子在學習圖形檢測任務過程中神經元反應的變化，探討了知覺學習提高圖形背景分辨能力的機制。研究還採用心理物理學的實驗手段，在人和猴被試上研究了知覺學習、知覺組織和注意分配的規律。神經元記錄和行為測量相結合的系統研究在不同層面上揭示了知覺組織和知覺學習中的一些重要現象及其機理。其中，猴子電生理的研究質疑了傳統的“同步振盪編碼理論”，提出V1神經活動所表現出的gamma頻段（30-80Hz）的振盪由於其時間特性高度隨機，不是協同神經元之間活動的可靠時鐘信號（Xing et al., J Neurosci 2012）；此外，由具有特殊幾何關係的線條所誘導產生的錯覺輪廓線主要是在較為高級的視皮層V4區編碼的，並非像前人研究所認為的是V2區神經元整合V1輸入而產生的，提示高級和低級視皮層之間的互動作用在知覺組織中具有重要作用（Pan et al., J Neurosci 2012）。項目還用心理物理的實驗手段，研究了知覺學習對人視覺分辨能力的影響，發現在精細分辨兩個刺激差異的任務訓練中，基於非視網膜坐標系的視覺信息加工機制會被特異地改變，使得視覺系統能夠更好地在時間和非視網膜空間上整合信息，這一研究打破了知覺學習受限於視網膜坐標位置的傳統思路（Zhang and Li, PNAS, 2010）。在清醒猴上的電極陣列跟蹤記錄還發現，學習導致的圖形背景分辨能力的提高與V1神經元群體編碼效率的提高密切相關。這些系列研究加深了人們對知覺組織和知覺學習所對應的神經機制的了解，對完善視覺加工和知覺學習理論具有重要意義。項目取得了預期的成果，達到了預期的目標。
