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期刊：Current Biology

作者：Aleah-Jing

重復(fù)性刺激的表征在V1 的2/3 層神經(jīng)元上的增強(qiáng)或者減弱

期刊：PNAS

已有研究在一定的時(shí)間范圍（例如，數(shù)分鐘至數(shù)年）內(nèi)，采用不同的方法（例如，電生理學(xué)、fMRI、心理物理學(xué)）記錄了多種生物（例如貓、嚙齒動(dòng)物、非人類靈長(zhǎng)類動(dòng)物、人類）成年后的初級(jí)視覺皮層（V1）的地形重組（Topographic reorganization），但是由于有五種不同的解釋，地形重組的有效性近來(lái)受到質(zhì)疑。

本文使用無(wú)創(chuàng)且可逆的剝奪范式，融合神經(jīng)和行為的方法，探究成人V1短期地形重組的實(shí)驗(yàn)測(cè)試案例中的不同解釋。具體來(lái)說(shuō)，我們遮蓋成年人的一只眼睛，從而剝奪另一只眼睛的盲點(diǎn)（blind spot ，BS）的皮層表征，并立即使用fMRI和心理物理學(xué)方法對(duì)拓?fù)渲亟M進(jìn)行了測(cè)試。令人驚訝的是，在戴上眼罩后的短短幾分鐘內(nèi)，V1中的BS表征開始對(duì)BS外部呈現(xiàn)的刺激做出反應(yīng)，而這些相同的刺激被認(rèn)為是向BS延伸的。因此，本研究提供了成年人類V1快速地形重組的神經(jīng)和行為證據(jù)，也有力證明視覺剝奪會(huì)產(chǎn)生真正的皮層變化。

期刊：Current Biology

心理想象和視覺之間的關(guān)系是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域一個(gè)長(zhǎng)期討論的問(wèn)題。目前尚不清楚視覺過(guò)程中引起的活動(dòng)與大腦中想象圖像的活動(dòng)之間的差異是否反映了視見圖像和心理圖像的不同編碼。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們將人腦中的心理圖像建模為分層生成網(wǎng)絡(luò)中的反饋。

網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)從網(wǎng)絡(luò)層次的較高層向較低層輸入抽象的表征來(lái)合成圖像。當(dāng)較高層級(jí)的處理水平對(duì)刺激變化的敏感性低于較低的層級(jí)處理水平時(shí)（如人腦高級(jí)皮層視覺穩(wěn)定性），低級(jí)視覺區(qū)域的活動(dòng)就只編碼心理圖像中的變化，且精度低于視覺圖片。為了檢驗(yàn)這一假設(shè)，我們進(jìn)行了功能磁共振成像實(shí)驗(yàn)，受試者先想象而后觀看數(shù)百個(gè)空間變化的自然刺激。

為了分析這些數(shù)據(jù)，我們開發(fā)了圖像編碼模型。這些模型可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)大腦對(duì)想象刺激的反應(yīng)，并能夠準(zhǔn)確解碼其位置和內(nèi)容。這些模型還允許我們?cè)诿總€(gè)體素上比較視覺和想象的空間頻率的調(diào)諧響應(yīng)，以及視覺和想象空間中感受野的位置和大小。分析結(jié)果證實(shí)了我們的預(yù)測(cè)，表明在低級(jí)視覺區(qū)域中，單個(gè)體素中的想象空間頻率相對(duì)于所看到的空間頻率會(huì)降低，并且想象空間中的感受野會(huì)大于視覺空間中的感受野。這些發(fā)現(xiàn)揭示了視見圖像和心理圖像的不同編碼，并將心理圖像與生成網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算能力聯(lián)系起來(lái)。

期刊：Plos Biology

人腦將人造肢體作為身體一部分（Embodiment，具身化）的潛在能力正在激發(fā)工程師、臨床醫(yī)生和科學(xué)家將其作為優(yōu)化人機(jī)交互的一種重要方法。本研究使用功能性核磁共振成像（fMRI）探究了假肢使用者的枕顳皮質(zhì)（OTC）是否實(shí)際發(fā)生了神經(jīng)具身化。

與對(duì)照組相比，假肢使用者對(duì)不同的假肢類型在視覺上的表征比對(duì)手和工具的表征更加相似，這表明出現(xiàn)了假肢類別的分離。日常生活中更高的假體使用頻率與更高的假肢類別化程度正相關(guān)。此外，在比較假肢使用者對(duì)自己假肢的表征與對(duì)照組對(duì)相似外觀的假體的表征時(shí)，假肢使用者對(duì)自己的假肢的表征和手的表征更不相似，這挑戰(zhàn)了當(dāng)前的假肢視覺具身化的觀點(diǎn)。

我們的研究結(jié)果揭示了可穿戴技術(shù)使用依賴性的神經(jīng)基礎(chǔ)，表明了在OTC內(nèi)存在與使用適應(yīng)性相關(guān)的神經(jīng)可塑性。由于這些神經(jīng)相關(guān)因素與假肢的外觀和控制無(wú)關(guān)，因此我們的發(fā)現(xiàn)將解除具身理論對(duì)人工肢體所施加的限制，為假肢設(shè)計(jì)提供了新的機(jī)會(huì)。

期刊：PNAS

光線是沒有顏色的；顏色感知存在于感知器中，而不是物理刺激中。這種區(qū)別對(duì)于理解色彩的神經(jīng)表征至關(guān)重要，因?yàn)樯窠?jīng)表征必須從物理視網(wǎng)膜圖像的表征過(guò)渡到我們所看到的心理構(gòu)造。以前的研究通常無(wú)法區(qū)分由刺激色度和感知色彩體驗(yàn)驅(qū)動(dòng)的神經(jīng)反應(yīng)。一個(gè)尚未解決的問(wèn)題是，在大腦處理的每個(gè)階段的神經(jīng)反應(yīng)是代表物理刺激還是我們看到的顏色。

本研究通過(guò)使用切換競(jìng)爭(zhēng)范式（switch rivalry paradigm），使顏色感知隨時(shí)間變化而無(wú)需改變視網(wǎng)膜刺激，從而在皮層處理的每個(gè)階段將顏色體驗(yàn)的感知域與彩色刺激的物理域分離。

使用功能性磁共振成像（fMRI）和基于模型的編碼方式，我們發(fā)現(xiàn)在高級(jí)視覺區(qū)域的神經(jīng)表征，如V4和VO1，與感知的顏色相對(duì)應(yīng)，而在早期視覺區(qū)域V1和V2的反應(yīng)是由色光刺激而不是顏色感知調(diào)節(jié)的。這兩種不同的神經(jīng)表征之間的區(qū)別提高了我們對(duì)視覺神經(jīng)編碼的理解。

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