共同性外斜视患者初级视觉皮层的功能连接性的研究

目的本研究基于静息态功能连接(resting state functional connection,RSFC)的方法,对共同性外斜视(comitant exotropia,CE)患者进行初级视觉皮层(primary visual cortex,V1)功能连接性的研究。材料与方法回顾性分析江西省人民医院24例CE患者病例(CE组)以及24例性别、年龄与CE组患者相匹配的健康对照(healthy controls,HC)者(HC组)的临床资料,两组均进行了静息态功能磁共振成像扫描。使用RSFC方法分析了两组受试者初级视皮层的功能连接(functional connection,FC),并采用双样本t检验比较两组间V1的FC的差异。结果两组间的性别和年龄差异无统计学意义(P>0.05);与HC组相比,CE组双侧V1与Cerebelum7bL之间的FC增强(GRF校正,体素水平P<0.001,簇水平P<0.05)。结论CE患者双侧V1与小脑下部之间FC增强,可能为CE患者双眼视觉功能受损的神经病理机制提供参考。

高糖饮食对青年小鼠初级视觉皮层的功能损伤及其机制

目的诸多研究证实高糖饮食会对视觉功能造成损伤,但是目前关于高糖饮食对视觉功能影响的研究主要聚焦于视觉通路前端,集中在眼球系统和视神经节部分,对于视觉通路的后端如中枢皮层还未有过相关报道。为了更全面地了解高糖饮食对视觉功能的影响,本文补充高糖饮食对视觉中枢皮层影响的研究。方法本研究利用GO/NO-GO方位辨别任务的行为学范式、在体多通道电生理技术探究了高糖饮食对青年小鼠初级视觉皮层的影响。结果行为学结果表明,经历了2个月高糖喂养的青年小鼠,方位辨别能力下降。通过电生理技术分析初级视觉皮层(V1)单个神经元的反应特性,发现高糖饮食小鼠初级视觉皮层单个神经元的方位调谐能力下降,神经元的反应变异性增加、信噪比明显降低。神经元噪音相关性分析结果表明,高糖饮食组小鼠初级视觉皮层的噪音相关性表现出明显的上调。进一步分析群体水平上信噪比和反应变异性的变化,结果表明群体水平上信噪比明显下降而反应变异性明显上升。结论高糖饮食通过影响初级视觉皮层单个神经元的感受野特征以及群体神经元的信息处理能力,损伤了青年小鼠的方位辨别能力。

首次发作的视神经炎患者初级视觉皮层功能连接的异常改变

目的应用静息态功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,f MRI)分析首次发作的视神经炎(acute optic neuritis,ON)患者初级视觉皮层(primary visual cortex,V1)的功能连接变化,并探讨其临床意义。方法收集51例临床确诊的急性视神经炎及50例性别、年龄匹配的健康志愿者,获取静息态f MRI数据及临床信息。应用统计参数图(SPM5)进行数据后处理,选择初级视觉皮层为种子点,分析ON患者与健康志愿者V1区与全脑其他脑区功能连接的情况,比较两组数据间的差异。将ON患者的视力、病程及认知功能评分(PASAT)与功能连接异常的脑区进行相关性分析。结果与正常对照组相比,视神经炎患者枕叶舌回与V1的功能连接明显减低,扣带回、右侧缘上回、右侧楔前叶、左侧顶下小叶及右侧岛叶与V1的功能连接明显增强,且差异均具有统计学意义(均为P<0.01)。ON患者PASAT评分与右枕叶舌回、右额上回和右额叶内侧回的功能连接异常呈正相关。结论静息态f MRI能检测到首次发作的ON患者V1区与视觉相关脑区功能连接的减低,以及默认网络的代偿性活动,为临床探索疾病的早期损害提供客观依据。

右美托咪定对前额叶皮层、初级视觉皮层及外侧膝状体视觉诱发电位的影响

目的研究右美托咪定(Dex)对前额叶皮层(PFC)、初级视觉皮层(V1)及外侧膝状体(LGN)视觉诱发电位的影响。方法成年雄性Wistar大鼠12只,通过手术将电极植入PFC、V1和LGN 3个脑区。实验中,腹腔注射不同剂量Dex(10、30、90μg/kg)和同等容量的生理盐水(对照组),并给予4种感觉刺激(视觉、听觉、触觉、痛觉),比较不同条件下PFC感觉诱发电位。之后,随机腹腔注射不同剂量Dex(10、30、90μg/kg)、可乐定(Clo:0. 1、0. 2、0. 5 mg/kg)及Dex+Clo(10. 0μg/kg+0. 1 mg/kg、30μg/kg+0. 2 mg/kg、90μg/kg+0. 5 mg/kg),并用生理盐水作对照,记录并比较PFC、V1和LGN 3个区域在不同条件下的视觉诱发电位。结果在PFC,Dex对视觉诱发电位的潜伏期和波幅的影响呈剂量依赖性关系,剂量越大,潜伏期越长,波幅越大;不同剂量Dex对听觉诱发电位的峰值没有明显影响;激光痛觉诱发电位在不同剂量Dex作用下,其N1成分的幅度都明显降低,而N2成分的幅度则表现为剂量依赖性增大。Clo联合Dex时可逆转单独应用Dex对视觉诱发电位的改变。在V1,不同剂量Dex对视觉诱发电位波幅无显著影响,不同剂量Clo在V1对视觉诱发电位也无影响。Dex和Clo对LGN的视觉诱发电位都没有影响。结论 PFC视觉诱发电位的幅度随着Dex剂量增加而增大,暗示下丘脑的腹外侧视前区(VLPO)很可能是Dex脑内重要的作用靶点。

基于等度规映射的大鼠初级视觉皮层视像整体特征识别

整体特征是视觉信息的基本特征之一。为了认知大鼠初级视觉皮层神经元对视像整体特征的处理机制,首先给出确定有效响应时间区间的方法,确定了有效响应时间区间;然后,确定有效响应时间区间内、不同整体特征视像刺激下的神经元发放特征,并利用等度规映射进行了特征整合,进而对整合后的特征使用支持向量机进行分类;最后,将该方法应用于大鼠的初级视觉皮层视像整体特征识别,并将其分类结果分别与使用主成分分析法进行特征整合以及直接统计神经元发放特征的分类结果进行了对比。对比表明:该方法较其他两种方法,对于整体特征的识别准确率均有不同程度的明显提高。

基于初级视觉皮层的同步振荡目标检测模型

提出一种基于初级视觉皮层的目标检测模型。该模型只采用方位选择性细胞和皮层内水平连接等V1基本单元 ,它以链码表示的目标轮廓作为知识 ,允许该知识以时间脉冲的形式控制V1区内神经细胞的动态活动 ,使与知识轮廓形状相符合的轮廓内的细胞进入同步振荡状态 ,实现对视野中特定目标轮廓的识别。计算机仿真结果表明 ,在较高级皮层的“知识”控制之下 ,初级视觉皮层结构上实现简单的目标检测是可行的。

基于初级视觉皮层的图像匹配模型

提出一种基于初级视觉皮层的图像匹配模型。该模型只采用方位选择性细胞和皮层内有限范围水平连接等Ｖ１基本单元，它以链码表示的目标轮廓作为知识，允许该知识以时间脉冲的形式控制Ｖ１区内神经细胞的动态活动，使与知识轮廓形状相符合的轮廓内的细胞，逐步进入并维持在兴奋状态。

初级视觉皮层在注意振荡中的作用

注意离散性是注意间歇性地采集外界信息的特性,这种特性在行为中的表现被称为注意振荡。尽管有研究使用经典的线索靶子范式和视觉搜索范式发现行为数据中存在注意振荡,证明了注意是离散的,但其相应的神经机制,即注意离散性与哪些脑区有关,尚不明确。研究采用高时间分辨率的线索靶子范式和双眼分视技术,基于人眼视觉通路的解剖学特性,比较了线索靶子出现在双眼(实验1)、同眼和异眼(实验2)条件下的注意振荡,考察初级视觉皮层对注意振荡的影响。结果发现:1)双眼分视会对注意振荡发生的频段产生影响,非双眼分视条件下,注意振荡出现在低频(2 Hz和8 Hz)。而双眼分视条件下,注意振荡则出现在更高的频段(12.5 Hz)。2)无论线索靶子出现在同眼还是异眼,注意振荡的频段无显著差异。结果表明V1区双眼视觉通路或者更高级的视觉区可能参与注意振荡,为探明注意振荡的神经机制提供了重要的行为学证据。

二甲双胍调节初级视觉皮层兴奋性和抑制性平衡及改善视觉功能的研究

大脑皮层中兴奋和抑制系统之间的动态平衡决定了皮层神经元对刺激的反应特性.已有研究表明,二甲双胍能够诱导γ-氨基丁酸受体向突触后膜聚集,增强神经系统的抑制效果.本课题进一步探讨了二甲双胍对初级视觉皮层兴奋和抑制系统平衡的调节作用,以及其改善小鼠视觉功能的潜力.实验使用成年雄性小鼠,实验组(metformin)10只每天给予二甲双胍250 mg/kg,对照组(control)6只每天给予0.3 ml生理盐水,灌胃处理3周.结果发现二甲双胍可以显著升高囊泡GABA转运蛋白VGAT和突触后抑制性递质受体相关蛋白Gephyrin的合成.此外,它显著降低突触后兴奋性受体Glu A1和Glu N1的表达.多通道电极电生理记录结果显示,二甲双胍作用下小鼠初级视觉皮层的自发放和诱发放显著降低,而信噪比、方向和方位选择性显著增加.实验结果表明,二甲双胍可以通过降低兴奋突触、增强抑制突触,调节初级视皮层的兴奋——抑制平衡,提高信息处理能力,增强视觉功能.

原发性闭角型青光眼患者初级视觉皮层功能连接的静息态fMRI研究

目的应用静息态功能磁共振成像(rs-fMRI)技术研究原发性闭角型青光眼(PACG)患者初级视觉皮层(PVC)功能连接的变化情况。方法选取临床确诊的PACG患者(PACG组)及与之年龄、性别相匹配的健康对照组(HC组)行3T磁共振T_1结构像及功能像扫描,最终纳入PACG组和HC组各25例进行rs-fMRI分析。磁共振数据经预处理后,以PVC中心区作为种子点,计算其与全脑体素时间序列的相关性并比较组间静息态功能连接的差异,并分析患者组显著差异脑区功能连接系数与临床变量的相关性。结果与HC组相比,PACG组左侧距状皮层(BA18)、左侧舌回(BA18)、右侧楔叶(BA18)、右侧后扣带回、右侧小脑前叶与PVC之间的功能连接减低,PVC功能连接增强的脑区包括左侧颞上回、右侧海马、右侧顶下小叶、双侧岛叶、双侧Extra-nuclear gyrus及双侧壳核(P﹤0.01,Alphasim校正)。PVC与左侧颞上回、右侧顶下小叶间增强的功能连接与视力(VA)呈正相关。结论PACG患者PVC区存在与高级视觉皮层和视觉外脑区功能连接下降,与视力相关的功能连接代偿性增强,提示PVC功能连接异常在PACG疾病进展中起重要作用。

不同持续时间的短暂视觉刺激引起的BOLD响应在初级皮层区的时间特性

目的 :探讨在短暂视觉刺激情况下 ,大脑初级视觉皮层 (V1)的血氧水平依赖 (BOLD)性响应的时间特性。材料与方法 :采用事件关联型磁共振功能成像 (ER fMRI)技术 ,通过改变视觉刺激的持续时间 ,即从ls到 6s ,检测BOLD响应的峰值、基线之上的面积、响应恢复到基线的时间、达到峰值的时间等特征值的变化 ,评估BOLD响应的测量值和预测值之间的关系。结果 :作为视觉刺激时间的函数 ,BOLD响应曲线的峰值、基线之上的面积、响应恢复到基线的时间、达到峰值的时间等呈直线增加。对于所有刺激时间 ,BOLD响应的预测值全部大于测量值。结论 :在短暂刺激时 ,视觉刺激时间与BOLD响应之间是非线性关系。但当研究其引起的神经活动时 ,BOLD响应的峰值、基线之上的面积。

复发-缓解型多发性硬化患者初级视觉皮层及视放射DTI研究

目的利用DTI技术探讨复发-缓解型多发性硬化(RRMS)患者初级视觉皮层的结构改变及其与视放射结构改变的关系。方法 20例RRMS患者与20名年龄、性别匹配的健康志愿者纳入研究,采用扩展残疾状态量表(EDSS),经过修正的疲劳影响尺度(MFIS),同步听觉系列加法测验(PASAT)对所有RRMS患者进行临床评估。所有受试者行DTI扫描,选择初级视觉皮层和视放射分别作为感兴趣区,分别计算初级视觉皮层DTI值(FA、ADC、λ∥和λ⊥)和视放射的FA值,比较组间差异,并进行相关性分析。结果与对照组相比,RRMS患者初级视觉皮层ADC值(t=3.056,P=0.004)、λ∥(t=2.523,P=0.016)及λ⊥(t=3.007,P=0.005)均明显升高,但FA值改变差异无明显统计学意义,而患者组视放射的FA值显著降低(t=-2.405,P=0.021)。RRMS患者组初级视觉皮层的ADC值(r=0.538,P=0.017)、λ∥(r=0.531,P=0.019)及λ⊥(r=0.519,P=0.023)均与病程呈正相关,与其他临床参数均无显著相关性。患者组初级视觉皮层与视放射FA值之间无显著相关性。结论 RRMS患者初级视觉皮层和视放射均存在结构的损伤,两者间损伤程度无相关性,提示初级视觉皮层与视放射之间的病理改变过程可能是独立发生的。

初级视觉皮层在表象表征方式研究中的作用

表象的信息表征方式一直是心理学研究的热点问题,脑成像技术在该问题的研究中发挥了巨大作用。本文以初级视觉皮层(V1)在表象表征方式研究中的作用为主线,系统梳理了基于脑成像技术开展的表象实质争论的核心问题,归纳分析了相关争论问题演绎发展的内在逻辑脉络,在此基础上指出了表象研究中需要进一步解决的关键问题,以期能够促进相关研究问题的进一步开展。

视知觉训练与初级视皮层神经元信息及其表征容量

通过分析猕猴初级视皮层(V1)神经元的群体活动在轮廓线检测训练过程中的变化发现:知觉训练可以降低V1神经元响应在不同试次之间的变异性,促使V1神经元对相同刺激的响应更加稳定;训练还可降低V1神经元群体中神经元活动之间的相关性,使V1神经元之间的活动更加独立;增加了神经活动的维度,提高了神经元表征信息的容量,减少了冗余的神经活动,进而提升了感知能力.

基于稀疏-小世界网络的初级视皮层神经元发放模型

通过构建神经元发放模型实现对视觉系统刺激编码方式的解析是计算神经生理学领域的研究热点。在传统线性-非线性-泊松(LNP)模型的基础上,采用稀疏编码模型训练的基函数作为模型的刺激滤波器,进一步利用小世界网络优化神经元集群的连接结构,构建了一种新型初级视皮层(V1区)神经元发放模型,用于预测神经元在特定刺激模式下的响应活动。利用在LE大鼠V1区采集的多通道发放数据拟合模型参数,进一步验证模型的有效性。实验结果表明,与传统未选择基函数作为刺激滤波器以及未经过小世界网络优化的对照模型相比,该模型能更准确地预测大鼠V1区神经元在不同朝向光栅刺激下的响应。该研究表明,经小世界网络优化后,模型中神经元的连接结构具有更强的生物相似性,能更真实地反映初级视觉皮层神经元群的响应机制。

初级视皮层神经元集群对拓扑特征响应的可视化表征

神经元集群响应的高维特性是脑机制研究面临的主要困难之一.拓扑特征是图像的基本特征之一,为了有效表征高维的神经元集群响应的拓扑特征特性,提出了一种基于三维自组织映射网络采用RGB颜色特征表征神经元集群响应的动态可视化方法,分析多通道微电极阵列采集的大鼠初级视觉皮层(V1区)神经元集群信号,进而研究了V1区神经元集群对图形拓扑特征的响应特性.通过与主成分分析(PCA)方法进行对比发现:该方法能够有效表征V1区神经元集群对拓扑结构的时序动态响应特征,表征方式形象直观,具有一定的优越性.

基于固视微动与初级视皮层神经机制的轮廓检测模型

已有研究表明,生物视觉系统中第二视觉通路主要是基于固视微动响应特性来完成视觉信息的特征提取.受此启发,提出一种基于固视微动与初级视觉皮层神经机制的轮廓检测模型,以注视中心为原点,通过不同角度下偏移的高斯一阶导滤波器模拟视觉神经细胞的固视微动特性,其中偏移量由图像的局部特征信息计算得到;然后将不同偏好方向下多个角度偏移模板的滤波能量与注视中心的响应能量竞争得到经典感受野的最优能量响应;最后通过高斯差分函数对最优能量响应进行纹理抑制并获得最终的目标轮廓输出.BSDS数据集的定性和定量实验结果表明,所提出的检测模型能够获得更完整更连续的轮廓特征,具有较高的性能评测指标.

一种基于猫视皮层细胞机制的改进的Sobel算子

目前最常见的边缘检测算子是Sobel算子,但是它存在对非0°和非90°朝向的边缘检测时,其输出幅度不强、抗干扰和抗亮度变化弱的问题。通过仔细比较Sobel算子与猫(以及雪貂和猴)的初级视皮层的简单细胞对场景边缘检测原理的不同,提出了更接近于猫的初级视皮层中的简单细胞的工作机制的边缘检测算法——改进的Sobel算子。实验结果表明:改进的Sobel算子不仅保留了经典的Sobel算子的优点,而且提高了45°、135°朝向的边缘输出幅度,增强了抗干扰性和亮度适应性。

奖赏学习对视觉注意的调控

经过学习获得的奖赏预测性可以改变相关刺激的显著性,进而影响个体对该刺激的知觉加工与注意选择。探究奖赏学习在注意调节中的神经机制有利于理解人类的适应性行为。近期研究发现,大脑不仅可以增强具有奖赏显著性刺激所在空间位置或相应特征的表征,还可以通过注意抑制机制减弱具有奖赏显著性的刺激在初级视觉皮层的神经表征,从而减少对它的注意分配。这些研究提示奖赏信号在调节认知控制、优化行为过程中的重要作用。

可编程的精确闪光刺激诱发脑电信号的实验装置研究

闪光信号在多种疾病的临床诊断和脑机接口中有着广泛的应用价值。目前主流的闪光信号的刺激装置大多通过单片机系统控制闪光频率和时长,其时间精度不够高、可编程能力不太强。基于MATLAB的GUI程序控制NI-6002采集卡,并基于脉冲宽度调制的稳压驱动模块实现高精度、可编程的稳态视觉诱发电位的实验装置。通过在小鼠颅内的细胞外电生理学测试,证实本装置能精确、可靠地诱发多种节律的稳态视觉诱发电位。