第四章 视皮层细胞感受野的特性与分类(读书笔记)


  本文为《视觉信息处理的脑机制》(1997,寿天德)第四章的读书笔记

视皮层:大脑皮层中主要负责处理视觉信息的部分,包括初级视皮层(V117区),纹外皮层(18,19区),是研究较为透彻的皮层;

 

视觉感受野:视觉系统 任何一级水平的单细胞活动,若受一定的空间和时间构型的光刺激视网膜某区域而调制时,这个区域即称为细胞的感受野(视觉细胞在视网膜上的代表区);

 

概述:少数的视皮层细胞其感受野构型与外膝体相似,为同心圆式对称的,正是接入外膝体输入最多的那一层。但大多数皮层细胞对弥散光没有反应,而对特殊方位(或朝向)的条形光有强烈的反应。按其感受野的的特征分为:简单细胞,复杂细胞(标准复杂细胞),超复杂细胞(特殊复杂细胞)。

 

4.1 简单细胞的感受野及其特点

主要分布:17区第4层内

形态特店:感受野较小,呈长方形,中心区为狭长型,在其一侧或双侧有一个与之平行的拮抗区。

反应特点:简单细胞对大面积的弥散光无反应,而对处于拮抗区边缘一定方位和一定宽度的条形刺激有强烈的反应。

功能:1)比较适合于检测具有明暗对比的直边,对边缘的位置和方位有严格的选择性;2)对每一个简单细胞,有一个最优方位,反应最强烈,因细胞而异,偏离越远,反应越小;

分类:





形态学上:简单细胞可能相当于皮层的星形细胞

 

 4.2 复杂细胞的感受野及其特点

 

形态特点:感受野比简单细胞大

反应特点:具有特定的方位,不存在明确的拮抗区,对条形刺激在感受野中的位置无严格要求,

功能:复杂细胞处理的信息是关于方位的抽象概念(?)

 

4.3 超复杂细胞

主要分布:皮层18 19区的3,5

形态特点:与复杂细胞相似,超复杂细胞的一端或两端有很强的抑制区,因此要求条形刺激有一定的长度,过长时就抑制,反应减少或消失,为端点终止反应

功能特点:最优刺激是具有一定方位的端点,角隅和拐角等

 

 

补充:在皮层17区还发现一些与颜色对比有关的简单细胞,复杂细胞和特殊复杂细胞(?)

 

 

 

4.4 视皮层细胞的双眼汇聚和立体视觉

1.只有在视觉皮层水平,来自双眼的信息才有可能产生汇聚;

2.外膝体的轴突与皮层细胞形成突触的层次上,有80%的神经元能为双眼驱动,这种细胞双眼刺激比单眼刺激强烈;

3.大多数皮层细胞都可以分别为左、右眼驱动,而且这种双眼细胞有两个感受野,分别为左右眼所有。 双眼细胞的两个感受野有以下特点:

1)都在对侧视野上对应的位置

2)时间空间反应特性十分相似:最优方位,最优运动速度,感受野面积和形状;、

3)双眼刺激比单眼刺激强烈,存在双眼相互总和作用(有抑制的例外);

4)双眼细胞多数对双眼感受野间的空间视差很为敏感,提供了立体视觉的神经基础,陈祚视差敏感细胞;

5)同一刺激在两眼所引起的反应并不完全相等, 眼优势;

4.四类对深度敏感的细胞

  第一类 兴奋性深度协调神经元(最常见),单眼均为兴奋,双眼相当不同,特定空间深度时才产生增强的兴奋,更近或更远有显著的抑制                                                            

  第二类 抑制性深度协调神经元 ,注视点平面产生抑制反应;

  第三、四类 近细胞和远细胞 分别对注视点进近的和远的产生兴奋。近细胞 注视平面近端产生兴奋对远端抑制,远细胞相反;近细胞和远细胞具有较长范围的相互作用;

  特点:第一二类细胞显然对深度空间的位置视差特别敏感,对注释平面的金运动也敏感,近细胞与远细胞只能给出粗略的深度上的运动方向。

5.探测运动的细胞

 

 

4.5

1. 每个简单细胞进队某一特定频率敏感,高于低于反应衰减,超过一半不反应

2. 复杂细胞空间分辨率比简单细胞低

3. 简单细胞基于此可能是视觉系统的空间频率分析器,复杂细胞与运动有关,属于Y通道,简单细胞属于X通道

4. 空间频率多通道假说:存在一系列彼此独立的,对不同空间频率具有选择敏感性的通道,视觉对比敏感度函数由这些独立的频率选择通道合成的包络组成。

 

 

小结:

  视网膜神经节细胞,还是外膝体或皮层细胞,对于接近他们感受野的亮暗边缘,反应均较强烈;在全亮全暗时,外膝体、神经节 显然变弱,皮层细胞等无反应;简单、复杂、超复杂细胞只对有一定方位的边缘、拐角有反应,简单细胞还要求落在感受野的特殊位置,超级复杂细胞仅对拐角(直角)有最优反应。

 

 

4.6 视皮层和皮层下细胞的图形适应

定义:图形长时间刺激引起的适应(阈值升高)称为图形适应。

 

 

4.7 视觉方位和方向敏感性的皮层下机制


 

 疑惑:简单细胞是怎样对直线有响应的?

      空间频率的多通道假说?

      立体视觉远近 深度的判别是怎样实现的/