应用动态因果模型研究阅读神经网络背、腹侧通路的协作机制

在神经网络的最新取向下,探讨阅读脑机制中背侧和腹侧通路的协作机制,是解决语言认知神经科学多个理论问题共同面临的焦点。本项目拟通过两个脑功能成像实验,建构汉字阅读的动态因果模型,系统地考察汉字阅读的神经网络,以及阅读网络中背、腹侧通路的协作机制。实验一利用快速适应实验范式的优点,识别和考察汉字阅读涉及的认知成分所对应的功能脑区,以及脑区联结形成的神经回路,并建构汉字阅读的动态因果模型;实验二进一步考察在刺激属性(语音和语义信息)和任务要求下阅读脑区的动态激活及相互作用。通过不同任务下的模型对比,重点探讨阅读网络的脑区联结模式变化,尤其是背、腹侧通路受刺激和任务影响时的协作机制。研究结果将为揭示阅读的神经生理模型、解决语言特异性脑区激活的争论等理论问题提供直接的证据,还能为语言教学、阅读障碍矫治、以及临床应用提供理论基础与指导。

腹侧通路与背侧通路在词汇阅读中的作用

腹侧通路与背侧通路是视觉加工的两条通路。随着认知神经科学的发展,研究发现腹侧和背侧通路与词汇阅读有关。其中腹侧通路与词汇识别有关,背侧通路与阅读的关系比较复杂。本文简要回顾了两条通路在词汇阅读中的作用。

LHA-VTA Orexin-A通路对大鼠胃牵张敏感神经元放电活动和胃功能的调控研究

目的:观察下丘脑外侧核(LHA)-中脑腹侧被盖区(VTA)Orexin-A通路对大鼠胃牵张敏感神经元放电活动和胃排空的影响。方法:大鼠经VTA给予Orexin-A,采用单细胞外放电记录方法,观察VTA内胃牵张敏感神经元放电活动;酚红定量法测定大鼠胃排空,并观察电刺激下丘脑外侧核后,VTA内Orexin-A反应性胃牵张敏感神经元放电活动及大鼠胃排空的变化。结果:电生理记录到58个胃牵张敏感VTA神经元(GD),胃扩张后呈现兴奋效应(GD-E)41个,呈现抑制效应(GD-I)17个。VTA微量注射Orexin-A,41个GD-E中,68.29%的神经元放电频率显著升高(P<0.05),而17个GD-I中,70.59%的神经元放电频率显著增加(P<0.05)。VTA预先注射Orexin1型受体拮抗剂SB-334867,则Orexin-A对胃牵张敏感神经元的作用被完全阻断(P>0.05)。电刺激LHA,在VTA记录到31个Orexin-A反应性GD-E神经元,其中有70.97%神经元进一步呈现兴奋效应(P<0.05);在VTA记录到的17个Orexin-A反应性GD-I神经元,其中有64.71%神经元放电频率显著升高(P<0.05)。SB-334867预处理VTA可抑制电刺激LHA的作用(P<0.05)。胃排空研究结果显示,VTA内微量注射Orexin-A和电刺激LHA,大鼠胃排空均显著增加(P<0.05),VTA预先微量注射SB-334867,可阻断该效应(P<0.05)。结论:下丘脑LHA-VTA存在Orexin-A功能通路,该通路可能参与胃功能的调控。

视皮层背侧、腹侧流视觉通路的研究进展

视皮层是大脑视觉信息的处理整合中心,灵长类动物的视皮层存在背侧和腹侧流2条相对独立而又相互联系的平行视觉信息通路。笔者总结了视皮层背侧通路(即where+how通路)、腹侧通路(即what通路)的发现、定位、功能以及二者的联系,并从视觉通路临床应用角度系统梳理了视觉皮层背侧、腹侧平行通路的研究进展。目前2条通路结构和功能相关性研究资料较少,对视皮层视觉通路的视觉信息分拣处理、相互作用及通路信息传递过程编码和神经整合处理机制尚缺乏深入研究。此外,关于2条通路的临床研究缺乏系统性和完整性,且研究结果分歧较大,今后需改进研究方法,加强深入研究视觉疾病视通路损害的结构和功能。本文通过对视皮层背侧通路、腹侧通路做—综述,以期为视觉信息的传递、加工和相关临床眼病防治研究提供理论基础。

基于层次形状特征提取模型的图像分类

研究了基于层次形状特征提取的图像分类。针对从初级视觉皮层(V1)提取的条形特征对目标形状的描述不充分,提出了一种层次模型(V1-V2-V4),以进一步提取角形、曲率特征。模型中V1层的条形特征提取采用Gabor模拟;V2层结合了抑制噪声的3D高斯差分(DOG),并使用滤波方向相差90度的Gabor滤波器组提取多尺度角形特征;V4层通过曲率域计算来描述目标轮廓的形变程度,并最终提取融合曲率与梯度方向的直方图特征。该模型的优势在于,通过角形以及曲率计算的层次表达,可有效增强目标形状的关键特征点(如角点位置)的提取,并且结合曲率与梯度的直方图描述,也可有效弥补单一曲率或梯度特征局部描述不足的问题。在MNIST手写数字与21类遥感影像上的实验表明,曲率与梯度的融合特征的运用可获得98.94%的数字识别精度,同时在遥感影像分类中也可获得较好的分类效果。

阅读环路经颅直流电刺激节点的选择对脑卒中后失语症朗读障碍的作用:2例报告

阅读是正字法到语音和正字法到语义加工的协同作用[1-2]。在字母文字系统,正字法到语音即形-音映射是非常规则的。形-音加工的神经基础依赖于腹侧枕颞区到颞顶区的连接[3-4],即背侧通路。背侧通路通达至颞顶交界区的缘上回、角回和颞上回后部,主要是基于规则的阅读,负责字母语言亚词汇的形-音或形-义对应加工;而腹侧通路包括枕叶内侧纹状皮层、颞枕交界区下部以及颞叶内侧的下部区域,主要是基于记忆的阅读,负责词典水平词形和语音通达(如整词阅读)。左腹侧通路倾向使用阅读频繁出现的词或例外词,它的发音不遵循典型的正字法到语音映射规则[5-6]。视觉词汇经过早期的视觉和正字法分析后,经由大脑左半球的背侧和腹侧两条通路完成阅读与朗读。

图形形状与空间位置知觉诱发脑电的相干性分析

利用128道高分辨率脑电测量技术及脑电相干处理技术,通过测量大脑对图形形状知觉(任务1)、图形形状和空间位置知觉(任务2)两种任务的事件相关电位,并基于电极数大致相同的原则,从枕叶至额叶把头表分成7个区,然后分析了枕叶与其它各区在不同频段的相干性。结果发现:在"1频段(28～39Hz),任务2时的平均相干系数值显著大于任务1时的相应值;同时还发现在枕叶与额叶间,任务2的相干系数更显著地大于任务1的相干系数。结合视觉的两条通路的理论,这一结果从相干性角度表明,背侧通道的参与强化了枕叶与额叶之间的信息沟通,而这种沟通主要在γ1频段。

基于生物视觉的颜色直方图特征提取

根据人类视觉通路对颜色的感知过程,建立了颜色感知的层次性描述模型。用该模型模拟了自然光经眼睛进入视网膜(RETINA),到侧膝体(LGN),再到V1阶段的处理过程,最终在V1阶段的double-opponent神经元响应下形成具有方向信息的颜色特征。针对传统的颜色直方图包含信息较少,特征存在维数高、精度低的缺点,基于此模型,提出了描述具有对比度敏感、具有方向选择性和颜色恒常性的层次性颜色特征的方法。利用该特征对遥感图像进行了分类实验,实验表明了该特征比广泛采用的颜色直方图特征有更低的特征维数和更好的分类效果。对不同光照的图像进行了分类实验,验证了该特征具有颜色恒常性和更好的稳健性。

视觉的知觉-动作双系统理论中的论争

视觉的知觉-动作双系统理论认为,视觉的腹侧和背侧通路是两个独立系统,功能分别为表征世界和指导动作,相对应的视觉加工是彼此分离的。有关两条通路之间关系的其他观点可归结为两类:一类否认这种分工,另一类强调两个系统能相互影响。首先评述各种理论的核心问题、实验证据和贡献,进而分析视觉加工发生在一个特定系统的条件,得出的结论是:两个系统之间的功能划分是相对的,并因此导致了视觉加工的多变性。

任务类型对上下视野优势的影响

视觉信息加工的单侧视野优势效应一直是认知心理学领域的研究热点。本研究采用变化检测范式探讨文字和几何信息在上下视野中的优势效应。结果发现:当加工文字材料时,颜色和位置检测任务均出现上部视野优势效应;加工几何图形时,则出现下部视野优势效应。上述结果表明,任务信息所需要的加工类型影响上下视野的优势效应,支持Previc提出的视野优势效应的生态假说。

视觉运动知觉脑机制研究现状

视觉运动知觉问题在整个知觉理论中占有重要的地位,背侧和腹侧的两条视觉通道的发现可以说是近代认知神经科学的一个代表性成就,随着ERP、fMRI等无损探测技术的发展,对人类视觉运动知觉的研究也不断深入,近年来人们利用脑信息学方法,对视觉运动知觉进行了系统的研究,其研究结论将对建立人工智能系统产生深远的影响。

文字阅读学习的大脑可塑性机制

文字阅读学习如何塑造了人脑?这是当今语言认知神经科学的热点课题。研究表明,文字阅读学习不仅会增强早期视觉加工能力和重构腹侧视觉通路,还改变了口语脑网络的加工方式和词素-音素转换脑网络的结构。文字阅读学习通过在视觉皮层与口语系统之间创建一个高效自动运作的平台,改变人脑的功能与结构组织。今后的研究需要深入探究视觉词形区(VWFA)的功能特异性及其与语音和语义加工的动态交互作用、汉字阅读学习的大脑可塑性机制和文字识别与面孔加工的竞争性发育机制等重要问题。