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浙江大学系统神经与认知科学研究所王菁教授课题组在eLife上发文-报道猕猴视皮层V4中的曲率编码功能区

[发布人]:赵彤茜[发布日期]:2020-11-27[访问次数]:3757

近期发表在《eLife》上的一项研究发现在大脑中存在一类用于物体形状表征的“琴键”。 

大脑是如何编码你所看到的物体形状?日常生活中大部分物体的形状是由直线、轻微弯曲或高度弯曲的轮廓组成。早期的研究显示,大脑中部分神经元对不同程度的弯曲信息能作出反应。然而,目前还不清楚大脑是如何组织这些信息,以及如何基于这些组件元素“构建”整个物体形状。我们假设存在一套能表征从直线轮廓到高度弯曲轮廓的系统代码,这些代码可以看成是大脑中特定的“琴键”。这样,对于一个物体而言,其形状信息的“代码”取决于所弹奏的琴键。

通过在猴脑上进行内源信号光学成像,我们记录了大脑在不同曲率轮廓刺激下的反应图像。结果显示,在皮层中存在编码曲率的模块(也称为“功能柱”,尺寸在亚毫米级别),每个模块对某一特定的曲率做出最佳响应。我们的数据还表明,这些模块是有规律排列的,从直线到低曲率再到高曲率,对应的模块按一定顺序排列,就像钢琴键盘上的按键。此外,这些模块对特定曲率的响应也较稳定,不依赖于刺激中曲线信息的形式,单条曲线或由多条曲线组成的光栅都能激活模块反应,此结果表明这些模块表征了抽象的曲率概念。

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这是一项非常重要的发现,它表明大脑中的感知信息是以高度组织化的方式进行表征,在亚毫米尺度上亦是如此。其次,它表明,如果我们能够理解大脑图谱的结构,那么我们就可以在大脑上“弹奏适当的琴键”,以实现特定的感知觉。这一发现对脑机接口的设计(如何制造机器实现正确弹奏)、神经病学和精神病学(对不同琴键如何实现不同强弱的弹奏)以及人工智能(如何高效地组织信息)领域都将产生重大影响。

该研究论文题为《猕猴V4中的曲率编码功能区》,于2020年11月18日,在《eLife》期刊在线发表。该研究由浙江大学医学院系统神经与认知科学研究所Anna Wang Roe(王菁)教授实验室完成。论文由Anna Wang Roe教授指导,胡嘉明博士是本文的第一作者,宋雪梅副研究员与王倩楠女士在研究的不同阶段做出了贡献。本研究得到国家自然科学基金(81430010,31627802)和国家重点研发计划(2018YFA0701400)的资助。


相关网址

https://elifesciences.org/articles/57261#info


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