《視覺信息處理早期選擇性視覺注意的神經機制》是依託上海交通大學，由陳垚擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：視覺信息處理早期選擇性視覺注意的神經機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳垚
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
視覺信號經過視皮層處理加工後如何產生視知覺，仍然是懸而未決的科學問題之一。視覺注意是重要的大腦知覺過程，研究其神經機制有助於揭示大腦高級認知功能的奧秘，同時對治療自閉症、老齡化和中風引起的注意力障礙也有重要的套用前景和社會經濟意義。過去20年來對選擇性視覺注意相關的大腦神經網路進行了深入的研究，然而目前所有的注意模型都缺乏對神經元特異性的研究。初級視皮層（V1）是視覺信息在大腦皮層水平的第一個處理站。本課題創新性地提出在V1區存在具有不同視覺反應特性的注意增強和注意抑制神經元，使用國際領先的電生理記錄技術在清醒猴完成注意任務時採集V1區皮層深處單神經元反應和細胞集群活動，從而提供不同深度的V1區神經元在視覺注意神經迴路中的詳細特性。對神經元水平選擇性視覺注意神經機制的研究成果將有助於建立更好的視覺注意模型，推動大腦認知研究並為注意力障礙治療提供指導，具有重要的理論和套用價值。
結題摘要
經過二年多的研究，取得了以下研究成果：通過在電生理實驗中分析電刺激誘發皮層回響的生理性信號和刺激電流通過組織傳導引起偽跡的純物理信號，發現兩者具有不同的空間反應特徵與統計獨立性。我們使用獨立成分分析（ICA）方法將電偽跡從記錄到的信號中去除，以還原真實的電誘發皮層回響。為了驗證ICA去除電刺激偽跡方法的有效性，使用利多卡因對電刺激位點後的視神經進行局部麻醉，阻斷視神經生理性信號的傳遞而不影響電刺激偽跡的產生，從而得到不含皮層生理活動的純電刺激偽跡信號，並通過相關性統計分析比較ICA算法分離後的偽跡與記錄到的純偽跡之間的相關係數。結果表明ICA方法可以有效地去除多種電刺激波形引起的多通道皮層回響中混雜的電刺激偽跡，獲取無偽跡干擾的皮層誘發電位；在各種不同刺激條件下，ICA算法分離後的偽跡與記錄到的純偽跡間的相關係數均大於0.9，證明ICA方法在有效去除偽跡的同時不會引入新的干擾。首先結合視覺刺激與視神經在體電生理記錄方法，使用偽隨機稀疏噪聲視覺刺激對視神經植入電極上記錄到的複合動作電位進行相關分析，對視神經電極電刺激位點及位於初級視皮層的記錄電極陣列進行空間視野拓撲位置定位，得到視皮層的視覺拓撲投射關係。之後在同一根視神經植入電極上施加電刺激，在視皮層上記錄電刺激誘發的皮層回響。結果表明電刺激誘發的皮層最大回響點位置在視野拓撲圖上的位置和視神經刺激位點對應的視野位置一致，驗證了使用偽隨機稀疏噪聲視覺刺激方案進行視神經電極刺激位點定位的可行性；進一步統計分析表明皮層最大回響和視神經刺激位點的視野拓撲位置差為1.7 ± 0.8°；視神經中相距150μm的兩個刺激位點可誘發不同空間分布的皮層回響，其最大回響點位置在視野中相距2.6 ± 0.8°；眼球後1～2mm是適宜的刺激微電極植入位點，視神經刺激位點空間視野位置與視神經電刺激誘發的皮層最大回響位點具有較好的視野拓撲投射關係。研究成果發表在Journal of Neural Engineering等國際重要學術期刊上。對兩隻實驗猴實施了手術，在其頭部植入固定棒，眼球植入測量眼動的線圈，在V1區植入96通道猶他電極陣列3次，初步得到單神經元記錄。在基金項目資助下，目前已培養研究生5名，發表SCI論文4篇，國際學術會議7篇。
