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感谢《脑客中国》平台、感谢罗跃嘉老师的邀请。今天我分享的题目是《用双光子钙成像研究清醒猴初级视觉皮层神经元的反应特性》。

我们实验室主要从事人类视觉的心理物理学研究，以实验心理学或者心理物理学的技术手段来探究人类视觉过程，主要是视觉训练和知觉学习。

另外近几年我们和北大生科院唐世明教授合作，用双光子钙成像技术研究清醒猴的视觉皮层神经元活动。

01视觉神经研究的经典方法

大家对大脑视觉神经研究分析的可能不多，所以希望我的讲解能为大家增添一点这方面的理解。

即使近些年脑科研的开展已经日新月异了，但有些经典的视觉研究方法却仍未过时。

比如有150多年历史的心理物理研究，顺利获得给予一前一后两个刺激，让被试进行朝向辨别，判断哪个刺激更加顺时针。顺利获得改变前后刺激的角度差异，可得到视觉朝向辨别阈值。

在训练前阈值可能是6°，训练后朝向辨别的准确性就会所有改善，降为4°，这是一个知觉学习的过程。

知觉学习研究可以在行为水平上理解大脑可塑性，在医疗和国防上都有较为重要的应用。

此外在4-5年前，我和北大生科院唐世明老师合作，开始利用双光子钙成像在清醒猴做视觉皮层方面的一些研究。

猴子头颅较大，且控制清醒猴子头部移动较为困难。唐世明老师经过多年的研究才解决了这些难题。到现在为止，我们仍是全球唯一能利用双光子钙成像技术在清醒猴上做视觉皮层神经元研究的科研团队。

02客体识别的早期神经机制

我们利用这一先进技术来分析一个基本的视觉问题：客体识别的早期神经机制是什么？

比如我们看一张图，我们就可以顺利获得图片特征归纳出图片信息。然而，从开始看到这张图到信息处理后从大脑输出，这期间的神经状态及神经功能的改变我们是不清楚的。

傅立叶定理提到：任何陆续在周期信号都可以由一组适当的正弦曲线组合而成。

表征正弦曲线的三个主要指标是频率、相位、波幅。用不同空间频率的正弦光栅可以将正弦曲线转换成明暗有序的光信号。

将这种黑白相间的光信号进行傅立叶转换，就可以将光信号在傅立叶空间表达成一个点。点与原点的距离表征空间频率的大小——频率越高，点与原点的间距越小；频率越低，点与原点的间距越大。

我们常见的刺激信号的正弦曲线是水平延展的，但当信号朝向变为竖直或倾斜时，顺利获得傅立叶转换形成的点的排列方向与信号朝向成垂直关系。

一幅图像可以顺利获得傅立叶转换成不同空间频率和朝向的能量，这些能力信息也可以顺利获得反傅立叶转换重建该图像。

电视机成像就是利用这种原理。

信号刺激的朝向和空间频率是两种最基本的视觉特征。

视觉神经科研的起始也是将大脑是如何表征这两种基本视觉特征作为重点研究内容之一。

03视觉系统神经传导机制

介绍了那么多背景知识，让我们回到正题，即大脑的早期视觉通路是怎样工作的。

外界图像顺利获得眼球内的晶状体投射到视网膜，经视网膜上的视杆、视锥细胞两种光感受器转换为神经电位。

神经电位由视网膜神经节细胞投射到丘脑外侧膝状核（LGN），换元后再投射到大脑皮层。

不管是视网膜神经节细胞还是丘脑LGN细胞的感受野都是同心圆结构，这意味着这些细胞对光刺激的朝向是无选择性的。

上世纪五十年代末六十年代初哈佛大学Hubel和Wiesel的研究表明，在初级视觉皮层V1区，大部分神经元的感受野结构呈长条状，这意味着该区域的神经元开始有朝向选择性。

下面我会举些有趣的例子跟大家分享。

注：上述内容在征得余聪老师同意后，在不改变原意的情况下进行的部分文字整理。观看完整视频内容请扫描下方二维码。

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