《視覺信息的多重表征及其經驗依賴性》是依託北京師範大學，由張恩擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：視覺信息的多重表征及其經驗依賴性
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：張恩
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
視覺神經環路和感知覺皮層可塑性是腦研究的國際前沿，也是國家“十三五”學科發展計畫中的研究重點。早期的研究已經揭示單個神經元通常以調諧曲線的形式編碼視覺信息，但神經元群體以什麼樣的形式，以及是否存在多種形式來表徵信息仍不清楚。本項目從朝向這一基本屬性入手，探討視覺信息的多種表征形式及其經驗依賴性問題。主要內容包括：（1）將輪廓的朝向在直角坐標和極坐標系下進行定義，考察輪廓感知在這兩種坐標系下的朝向不對稱性；測試V1神經元的感受野和朝向選擇性，從群體水平考察直角坐標和極坐標朝向編碼不對稱性；這種感知能力與神經元上的朝向不對稱性，為理解兩種朝向表征方式在面對複雜視覺環境時的功能意義提供了依據。（2）考察一個訓練任務能否同時提高朝向感知的精確性和準確性兩方面的能力；利用兩方面的學習效應在特異性上的差別，揭示兩方面知覺能力及其學習過程的是否獨立。知覺學習可能作為是一個有效的工具來區分複雜的視覺加工過程。
結題摘要
視覺神經環路和感知覺皮層可塑性是腦科學研究的國際前沿。本項目從不同的角度界定了視覺信息和視知覺能力，通過一系列實驗探討了朝向視覺信息的多種表征形式及其與環境和經驗的關係。主要內容包括：（1）從知覺、神經元和自然場景統計的角度，探討兩種共存（基於直角坐標系和極坐標系）的朝向信息表征形式及其與外界環境的關係。我們發現，人被試對出現在中央凹的水平和垂直朝向的輪廓相比傾斜朝向的輪廓表現出更好的檢測力；而在周邊視野區域，向心朝向的輪廓相比其他朝向具有較好的檢測力。這種在中央凹占主導的直角坐標形式的朝向偏好和在周邊視野極坐標主導的朝向偏好，與猴V1皮層神經元的朝向表征特性類似：對於感受野在中央凹附近的神經元，偏好水平和垂直的數量多於其他朝向；而感受野在周邊視野的神經元，偏好向心的比例最大。為了探討兩種表征形式的功能意義和環境因素，我們追蹤了人被試在自由觀察真實場景的照片時眼注視點在圖片中的位置，從而測量了真實場景中朝向元素在視野中的分布。結果顯示：對於純自然物場景，不同朝向元素在不同視野位置中的數量比例，與朝向輪廓的檢測力和神經元數量比存在正相關；而對於以人造物體為主的場景，這些相關都不顯著。這提示我們，純自然環境中的視覺統計特性可能是塑造視覺系統早期階段信息表征規則的生態學基礎，而個體發育過程中所處的人造環境可能對其影響不大；在探討視覺系統對外部環境的適應性問題時，需要考慮個體對環境的選擇性規律。（2）為了同時從感知能力的精確性和準確性兩方面考察視知覺的經驗依賴性，我們引入了一個任務無關的周邊刺激來誘發中心目標刺激產生較強的排斥性朝向錯覺，人被試在這種錯覺條件下對目標刺激進行朝向辨別訓練。結果發現，訓練不僅減小了朝向辨別閾值（提高精確性），還減小了朝向錯覺量（提高準確性），且兩種學習效應都能長期保持。更重要的，兩種學習效應在不同被試之間是不相關的，且在刺激朝向、訓練的眼和訓練任務的特異性上可分離的，這暗示了關於同一個刺激的兩個不同的學習效應可能涉及到不同神經過程。（3）在不同的外周朝向條件下對中心目標刺激進行訓練，我們發現兩種相反效應（排斥或吸引）的朝向錯覺具有不同的學習特性，暗示了兩種相互拮抗、具有不同經驗依賴特性的錯覺機制可能同時作用於朝向信息加工並共同決定了朝向感知的準確性。本研究項目不僅有助於我們理解多面的視覺信息加工和視知覺，而且為理解多執行緒的皮層可塑性提供了新的視角。
