《視網膜神經節細胞對複雜視覺刺激目標的編碼策略》是依託上海交通大學，由張溥明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：視網膜神經節細胞對複雜視覺刺激目標的編碼策略
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張溥明
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
視覺系統的神經元群體活動在實驗和理論領域受到廣泛關注。目前的結論大都基於光斑、光柵、棋盤格等簡單實驗室刺激的實驗數據，這不足以闡明真實環境中的生物視覺功能。我們前期探索了視頻刺激下視網膜神經節細胞電活動的稀疏編碼和非線性特徵，並發現刺激的高階統計量變化會影響神經元群體活動相關性。我們推測神經元群體活動的時空相關性及適應是編碼自然信息的一種方式。 本課題採用多電極記錄系統，記錄複雜視覺目標刺激下視網膜神經節細胞的電活動，採用基於信息分析的高維時間序列分析、基於非線性動力學的複雜過程分析以及時空相關模型等方法，探索單個和群體神經元對複雜刺激中高階統計特徵和時空相關性的處理方式，研究在適應過程中神經元群體活動特性的改變，以及這種改變對於視覺信息編碼的影響。 本課題研究結果將對接近自然的複雜視覺刺激下神經元的活動特性形成理解，為認知科學和人工智慧等相關交叉研究領域提供計算原理和模型等方面的啟示。
結題摘要
視覺系統的神經元群體活動在實驗和理論研究領域受到廣泛關注。目前的結論大都基於光斑、光柵、棋盤格等簡單實驗室刺激的實驗數據，但這不足以闡明真實環境中的生物視覺功能。 我們採用多電極記錄系統，記錄複雜視覺目標刺激下視網膜神經節細胞的電活動，採用基於信息分析的高維時間序列分析、基於非線性動力學的複雜過程分析以及數學模型等方法，探索單個和群體神經元對複雜刺激中高階統計特徵和時空相關性的處理方式，研究在適應過程中神經元群體活動特性的改變，以及這種改變對於視覺信息編碼的影響。 研究發現：（1）視網膜神經節細胞的動作電位發放頻率可以很好地反映光刺激信號中的低階統計特性（平均亮度、對比度），但是無法區分高階統計特性（偏度、峰度）的差異。而神經元的給光反應、撤光反應時間濾波特性（峰峰值）和敏感性對光刺激中的高階統計量的變化具有顯著性差異。（2）視網膜多巴胺能通路參與了對光刺激持續時間依賴的神經元反應延時的變化的調控。（3）80%以上的刺激信息是由單個神經元的活動所攜帶，給光反應更多利用反應延時來編碼刺激持續時間信息，撤光反應更多利用放電頻率進行編碼。（4）在周期性給光撤光刺激下，成對神經節細胞之間的相關活動強度在適應過程中顯著降低，撤光反應占主導成分，而且相關活動在撤光反應部分更加顯著減弱。（5）牛蛙視網膜撤光通路與給光通路不是完全獨立的，給光通路對撤光通路中振盪活動的形成起著重要作用。（6）GABAa受體在視網膜神經節細胞對比度適應過程中對神經元的電活動和同步活動有調控作用。（7）小鼠視網膜神經節細胞雙峰反應的兩個峰可能來源於不同的迴路，且都參與到了對刺激信息的編碼。（8）單個神經元和神經網路的兩類數學模型的研究結果表明，適應性電流在視網膜神經信息編碼過程中具有重要調節作用。 本項目的研究結果對複雜視覺刺激下神經元的活動特性形成理解，為認知科學和人工智慧等相關交叉研究領域提供了計算原理和模型等方面的啟示。
