Research
  • Research Progress
  • 立体视觉:发现视觉皮层存在基于双眼视差的朝向功能图
     
            2018年1月国际神经科学权威杂志《Cerebral Cortex》在线发表了北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室吕海东教授课题组的研究成果。这项研究揭示了灵长类视觉系统中处理双眼立体形状信息的重要脑区。
     
            我们看东西的时候左右眼看到的图像会有些细微的差别。这种细微的差别称为双眼视差(binocular disparity),是我们三维立体视觉的主要信息来源,也是制作3D电影和虚拟现实的基础。灵长类视觉系统中有专门的视差神经元来检测这种双眼视差信息,这些神经元是最终形成双眼立体视觉的神经基础。然而,从视差信息到立体形状感知的神经机制并不是很清楚。
     
            吕海东团队用随机点图构建了基于双眼视差的立体边界轮廓(如图一右侧的垂直条带)来研究纯粹由视差构成的形状信息在大脑中的表征。运用内源信号光学成像方法,他们发现猕猴视觉皮层的第四区(V4)能检测到这种立体边界,而且检测同样边界朝向的神经元聚集在一起,形成一个皮层表面的朝向功能图(图二)。
    图一. 研究中所采用的视觉刺激示意图。该刺激由左侧的两幅随机点图构成,分别呈现给左右眼,经过双眼融合,形成右侧的包含垂直条带的立体感知。
    图二. 光学成像得到的皮层功能图。左图为用视差刺激得到的视差边界朝向图。可以看到,通过对比皮层对45度和135度的视差边界的反应,V4脑区呈现出朝向功能图,而低级脑区V1V2则没有。右图为皮层相同部位用亮暗边界得到的亮暗边界朝向图,在这里三个脑区(V1 V2 V4)都呈现出朝向功能图。
     
            在V4脑区,用视差边界作为视觉刺激得到的朝向功能图和明暗边界的朝向功能图一致,提示V4对不同来源的边界信息进行了整合。与此对应的是,在较低级的脑区V1和V2却没有发现这种视差边界的朝向功能图。这表明V4在从视差信息到立体形状信息的转换过程中发挥了重要的作用。这是首次在灵长类视觉通路中发现基于视差形状信息(shape-from-disparity)的功能结构,为进一步研究立体形状感知奠定了基础。
     
            该论文第一作者为吕海东教授的博士研究生方阳。该研究得到了国家自然科学基金项目和中科院百人计划的支持。
     
    论文链接:
    Fang Y, Chen M, Xu H, Li P, Han C, Hu J, Zhu S, Ma H, Lu HD (2018) An orientation map for disparity-defined edges in area V4. Cerebral Cortexhttps://doi.org/10.1093/cercor/bhx348.
    https://academic.oup.com/cercor/advance-article/doi/10.1093/cercor/bhx348/4796919?guestAccessKey=56d84605-7cd1-40a0-8f6e-1467c5319da9