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  • 【论文】 眼动前后顶内沟外侧壁神经元感受野的扩展

        灵长类动物以平均3-5次/秒的频率做快速眼动(saccade),使得视网膜中心(fovea)朝向感兴趣的物体,以便获得更清晰的视觉信息。然而,眼 动的后果也将同时造成静止物体影像在视网膜上的滑动,从而破坏了视觉稳定性;但是视觉经验告诉我们在快速眼动时,我们始终感知到一个稳定的空间环境。这表 明大脑内必须有一个合适的神经机制来补偿这种快速眼动造成的物体运动假象。
        一种可能实现视空间稳定感知的神经机制是大脑在眼动前后有效整合视觉信息,这在单神经元反应上体现为感受野的提前重构(predictive remapping)。张鸣沙课题组、吴思课题组、和美国哥伦比亚大学Dr. Michael E. Golderg课题组在最近的一项研究中,结合细胞外单细胞电生理记录和神经网络计算建模,发现猕猴顶内沟外侧壁(lateral intraparietal area, LIP)部分视觉神经元在眼动过程中,视网膜感受野沿眼动方向短暂扩展,覆盖眼睛扫过的空间区域,并于眼动结束后恢复到经典感受野(receptive field remapping,图一)。在实验发现的基础上建立的数学模型很好地模拟了实验结果,并提出了感受野重构是通过皮层神经元间侧向连接传导兴奋所致的理论 假设(cortical wave,图二)。该论文结合了实验和计算模型的研究,对感受野重构在维持视空间稳定的重要作用提出了新的观点。2016年3月31日,国际期刊 NEURON在线发表了该研究结果。
        该项研究得到科技部“973”,国家自然科学基金委,IDG/McGovern资助。
     
    Wang et al., 2016, Neuron 90, 1–10 April 20, 2016 Elsevier Inc. http://dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2016.02.035
     
     

    图一,同一个LIP神经元的感受野在眼动前后的改变。黑色短线代表动作电位,红色短线代表视觉刺激出现的时间,红色竖线标识眼动开始时间。视觉刺激呈现在三个不同位置:CRF—目前感受野;FRF—未来感受野;IML—中间位置。

    图二,神经元感受野重构的网络计算模型。LIP神经元在同时收到视觉刺激和来自Superior Colliculus的运动指令信号的条件下,形成皮层行波,从而产生了感受野的定向扩张。