上海生科院解析清醒猕猴次级视皮层神经元感受野的空间结构

内容来源：中国科技论文在线

2月16日，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所蒲慕明研究组在《美国国家科学院院刊》在线发表 了题为《清醒猕猴次级视皮层神经元感受野的空间结构》的科研论文。该研究结合电生理记录和计算模型相，获得了清醒猕猴V2区不同类型神经元感受野的精细空 间结构，此外该研究还通过光学成像揭示了这些神经元在V2皮层区的分布。

　　视觉感知依赖于大脑中多个区域对外部视觉图像的处理。要理解视觉信息的加工过程，则需要知道每一级脑区中单个神经细胞的感受野，即单个神经元是如何编码和处理视觉信号的。

　 　相比于初级视皮层（V1），科研人员对次级视皮层（V2）神经元的感受野结构以及信息处理机制的了解仍然比较少。主要原因在于，高级皮层区的神经元反应 特性更加非线性，而传统方法使用参数化的视觉刺激来研究感受野特性，一次只能测量少数几种特征，不能得到感受野的特性完整描述。为了更加深入和完整地了解 V2区神经元对视觉信息的处理机制，蒲慕明实验室建立感受野模型：通过电生理记录V2单个神经元对大量自然图像的反应（图A），并建立V2神经元感受野的 数学模型（图B），再使用计算方法获得模型参数。得到的感受野模型还可以用来预测神经元对其它视觉刺激的反应。和传统方法相比，这一方法不需要提前假设神 经元对视觉特征的偏好，得到的结果更为客观。

　　蒲慕明研究组使用上述方法得到了V2神经元感受野模型，并从中获得了V2感受野的高分辨率 空间结构（图C-E），它们可以分为三类：1）和V1细胞感受野类似型（图C）；2）细长型（高长宽比，图D）；3）复杂结构型（含有多朝向成分，图 E）。其中后两种类型是之前未被报道过的，这些V2细胞感受野结构的形成均可以通过V1细胞感受野的整合来解释（图F,G）。这一研究还表明，计算方法在 研究高级视觉皮层感受野特性方面将会很有用。

　　此外，由于V2区由三种不同条带（stripes）构成，而这些条带可以通过内源信号成像 的方法观察到。与吕海东研究组合作，将光学成像的信息和电生理方法相结合，发现细长型感受野的神经元主要分布于亮带（palestripes），而有着复杂结构型感受野的细胞则主要集中在窄带（thin stripes）。

　　该课题在研究员蒲慕明的指导下，主要由博士生刘璐、佘亮合作完成，其中光学成像实验在研究员吕海东的指导下，主要由陈铭完成。该课题得到了科技部“973”计划和中国科学院战略性先导科技专项的资助。

　　(A) 自然图像视觉刺激和V2区域单细胞记录示意图。L.S., 月状沟；虚线，V1/V2的边界。(B) 神经元感受野的线性-非线性模型。S，视觉刺激；Fi，细胞亚基的空间感受野结构；fi ，二阶多项式；n，亚基个数；i，第i个亚基；R，神经元的反应。(C) 和V1有着类似感受野结构的一个V2细胞示例。(D) 有着细长型感受野的一个V2细胞示例。(E) 有着复杂结构型感受野的一个V2细胞示例。(F) 有着细长结构感受野的V2细胞整合模型。红色和蓝色的椭圆：on和off亚区。(G) V2复杂结构型感受野的整合模型。