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知觉组织在人类视觉皮层的神经机制

科学通报 2004年第6期49卷 544-548页

作者：毛利华韩世辉郭春彦蒋毅北京大学心理学系北京大学脑与认知科学中心北京100871 首都师范大学学习与认知实验室北京100037

利用事件相关电位(ERP)研究知觉组织在人类视觉皮层的神经基础. 使用的刺激图形是由局部元素均匀分布组成的正方形阵列(一致性刺激)和局部元素依据空间相邻性或颜色相似性形成行或列组织的正方形阵列(知觉组织刺激). 刺激图形随机呈现... 详细信息

利用事件相关电位(ERP)研究知觉组织在人类视觉皮层的神经基础. 使用的刺激图形是由局部元素均匀分布组成的正方形阵列(一致性刺激)和局部元素依据空间相邻性或颜色相似性形成行或列组织的正方形阵列(知觉组织刺激). 刺激图形随机呈现在视野中的一个象限, 被试做行或列组织的判断, 同时记录其ERPs. 实验发现, 一致性刺激与知觉组织刺激都能够诱发1个ERP早成分C1, 其幅度在刺激呈现后70 ms左右达到峰值, 并且其极性随刺激所处的上下视野变化. 基于真实脑边界元模型的偶极子分析结果表明, C1的源可定位于距状裂皮层, 其幅度受到相邻性知觉组织的调制. 这种知觉组织效应对于上视野刺激较强, 下视野刺激较弱. 这些结果为人类初级视皮层参与知觉组织的早期过程提供了ERP证据.

关键词：人类视觉皮层神经机制距状裂皮层事件相关电位知觉组织相邻性

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青光眼患者视觉皮层激活的fMRI评价

临床放射学杂志 2009年第8期28卷 1065-1068页

作者：张敬宋修峰张权张云亭天津医科大学总医院放射科 300052 山东省青岛市市立医院放射科 266011

目的应用功能磁共振成像(fMRI)评价青光眼患者视觉皮层的激活情况,分析视野改变与视觉皮层激活间的对应关系。资料与方法30例青光眼患者和30名健康自愿者进行左、右眼单眼刺激组块设计的fMRI实验。刺激为全屏幕黑白翻转棋盘格,对照为中... 详细信息

目的应用功能磁共振成像(fMRI)评价青光眼患者视觉皮层的激活情况,分析视野改变与视觉皮层激活间的对应关系。资料与方法30例青光眼患者和30名健康自愿者进行左、右眼单眼刺激组块设计的fMRI实验。刺激为全屏幕黑白翻转棋盘格,对照为中心带静止白色圆点的黑色屏幕。在1.5TMR扫描仪行血氧水平依赖(BOLD)-fMRI,6个对照组块与5个刺激组块交替进行,每个组块20s。采用SPM2软件进行数据处理。观察青光眼患者左、右眼单独刺激时视觉皮层的激活情况并与对照组比较。结果青光眼和正常对照组左、右眼刺激各16例入组。(1)青光眼左、右眼刺激时双枕叶视觉皮层均激活,且均以右枕叶视觉皮层激活为主;(2)与正常对照组比较,青光眼左、右眼刺激时双枕叶视觉皮层激活强度和范围减低,且均以右枕叶视觉皮层激活减低为主;(3)9例中晚期青光眼患者,视野缺损主要表现为管状视野和视野颞侧视岛,左、右眼刺激时视觉皮层激活方式不同,左眼刺激以右枕叶视觉皮层激活为主,右眼刺激则以左枕叶视觉皮层激活为主。结论fMRI可以反映青光眼患者视野缺损和视觉皮层激活的对应关系,进而推断视网膜病变的部位和程度,有助于指导临床诊断和治疗。

关键词：功能磁共振成像青光眼视觉皮层

原发性闭角型青光眼视觉皮层激活的fMRI研究

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临床放射学杂志 2012年第2期31卷 180-183页

作者：薛鹏程敬亮吴珂张斯佳陈勇皇甫幼田张伟河南省郑州市人民医院放射科 450003 郑州大学第一附属医院放射科 450052

目的应用功能磁共振成像(fMRI)研究原发性慢性闭角型青光眼患者视觉皮层激活情况。资料与方法20例原发性慢性闭角型青光眼患者(青光眼组)和20名健康成人(对照组)左、右眼分别行3.0 T MR血氧水平依赖(BOLD)功能磁共振成像(fMRI),将BOLD-f... 详细信息

目的应用功能磁共振成像(fMRI)研究原发性慢性闭角型青光眼患者视觉皮层激活情况。资料与方法20例原发性慢性闭角型青光眼患者(青光眼组)和20名健康成人(对照组)左、右眼分别行3.0 T MR血氧水平依赖(BOLD)功能磁共振成像(fMRI),将BOLD-fMRI原始数据经基于Matlab平台的SPM2软件进行数据的预处理和统计分析,分别对青光眼组、对照组左、右眼进行组内分析,获得组内平均激活图;病变组与对照组的左、右眼进行组间分析,获得组间比较激活图。结果 (1)与对照组比较,青光眼组左、右眼刺激时双侧视皮层激活范围、激活强度都明显减小,以右侧视皮层为著。(2)与对照组比较,青光眼组左、右眼刺激时大脑皮层均发现异常激活区域。结论 fMRI可以反映青光眼患者视觉皮层功能活动,能为青光眼发病机制的研究提供重要信息。

关键词：闭角型青光眼功能磁共振成像视觉皮层

猕猴的中央凹在初级视觉皮层和次级视觉皮层上的表征

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猕猴的中央凹在初级视觉皮层和次级视觉皮层上的表征

作者：赵岸然浙江大学

学位级别：硕士

大脑是如何处理视觉信息的一直是脑与神经科学领域十分重要的课题,而中央凹又是灵长类动物获取视觉信息的很重要的结构。中央凹是视网膜上很小的一片区域,该区域分布着密集的视锥细胞。中央凹接受来自视野中心位置的信号输入。中央凹处... 详细信息

大脑是如何处理视觉信息的一直是脑与神经科学领域十分重要的课题,而中央凹又是灵长类动物获取视觉信息的很重要的结构。中央凹是视网膜上很小的一片区域,该区域分布着密集的视锥细胞。中央凹接受来自视野中心位置的信号输入。中央凹处的视锥细胞密度非常高而且在最中央位置(从0°到1.7°视野范围)没有视杆细胞。这是中央凹在结构上与视网膜其他区域相比而言的特殊性。以往的研究说明,给定同样大小的视野范围,有更多的视觉皮层会投入到处理中央凹区域的信号。皮层放大因子就是用来表示这种视野与对应处理该视野的视觉皮层大小关系的参数。然而以往的工作没有对非常中心的中央凹区域进行过研究。在本文中,我们使用内源性光成像技术对中央凹在皮层的表征进行了研究。本文具体的研究工作如下:(1)搭建实验需要的光成像系统以及线下图像分析,包括负责给视觉刺激的刺激系统、负责采集光成像数据的采集系统以及光源、动物平台等。刺激系统和采集系统间通过串口进行通信,保证视觉刺激呈现时间和采集数据时间的同步。在此基础上,对光成像系统进行配置,设置刺激呈现时间、间隔时间并调整好与心电、呼吸的同步等,另外编写实验需要的视觉刺激程序。实验结束后编写数据分析程序对采集到的光成像数据进行线下分析,包括对图像进行预处理、做单一或差异条件映射图、用t检验方法提取皮层激活区域等。(2)实验过程中首先使用阶梯刺激的方法找到屏幕上对应于视野中心的位置,然后围绕该中心给视觉刺激,使用内源性光成像以及后续图像处理的方法提取出皮层激活区域并使用了两种不同的方法计算皮层放大因子,证明了在中央凹区域皮层放大因子最高可达16mm/deg。另外在本文的讨论部分,介绍了研究过程中发现的一些有趣的现象。我们发现,在中央凹给视觉刺激,初级视觉皮层对应与视野上两个分离开的刺激的反应激活区域有很大的重叠现象,本文对该现象做了一些初步的讨论。

关键词：中央凹视觉皮层皮层放大因子内源信号光成像映射图

重复经颅电刺激对视觉皮层静息态响应和SSVEP的影响研究

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重复经颅电刺激对视觉皮层静息态响应和SSVEP的影响研究

作者：侯佩云天津工业大学

学位级别：硕士

经颅电刺激是一种非侵入式的神经刺激技术,可被用于改善视觉皮层响应信号的质量。它主要包括经颅交流电刺激(transcranial alternating current stimulation,tACS)、经颅直流电刺激(transcranial direct current stimulation,tDCS)、经颅随机噪声刺激。现有研究表明单次经颅电刺激对视觉皮层的作用效应并不一致,且重复经颅电刺激的作用效应更为明显。因此,本课题将重复tACS和重复tDCS分别应用于视觉皮层的静息态脑电信号和任务态信号中的稳态视觉诱发电位(steady-state visual evoked potential,SSVEP)的研究中,利用快速傅立叶变换、脑网络连接性分析等方法对静息态和任务态的脑电信号进行分析处理,以探讨重复tACS和重复tDCS对视觉皮层的内源性脑电活动和视觉任务诱发的SSVEP的作用影响。一方面,在重复tACS对视觉皮层响应的影响研究中,对受试者的枕区施加连续五天的tACS,并分别在刺激前、单次刺激后和重复刺激后采集了两组3分钟的睁眼静息态脑电信号和两组6分钟的任务态信号。通过对伪刺激和tACS刺激条件下三种刺激时间的脑电数据的分析,结果发现,在静息态的研究中,重复tACS相较于单次tACS显著增加了枕区alpha响应的幅值,并显著增强了枕区以及中央区与各脑区的大脑连接性。在重复tACS对SSVEP的影响研究中,结果表明,重复tACS相较于单次tACS显著增加了9 Hz、9.25 Hz、9.75 Hz、10 Hz、10.5 Hz、10.75 Hz刺激任务下枕区SSVEP信号的幅值,并且还显著增强了九种视觉任务下的枕区与顶枕区以及枕区与枕区的连通性。另一方面,在重复tDCS对视觉皮层的效应影响研究中,受试者连续五天接受tDCS刺激,并采集了刺激前和第五天刺激后的静息态和任务态数据,包括2分钟的睁眼静息态数据、2分钟的闭眼静息态数据以及两组6分钟的任务态数据。通过对比重复刺激前后的脑电数据,结果发现,重复tDCS显著增强了睁眼静息态和闭眼静息态的枕区alpha响应幅值。在任务态中,重复tDCS不仅显著增加了九种视觉任务下的枕区SSVEP响应幅值,而且对所有受试者的平均任务识别准确率以及信息传输率也有明显的改善。重复tACS和重复tDCS对视觉皮层响应的增强,为提高基于SSVEP-BCI的性能提供新方法,也为视觉皮层静息态研究中信号质量的提高提供新思路。

关键词：稳态视觉诱发电位经颅直流电刺激经颅交流电刺激视觉皮层脑电

大鼠视觉皮层动态锰离子增强磁共振功能成像研究

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中华神经医学杂志 2010年第2期9卷 128-132页

作者：张鹏法志强常海刚杨璐军徐如祥姜晓丹南方医科大学珠江医院神经外科南方医科大学广东神经外科研究所广东省脑功能修复与再生重点实验室广州510282 北京军区总院神经外科北京100700

目的应用动态锰离子增强磁共振技术行大鼠视觉皮层功能成像，为神经系统功能的研究提供方法。方法成年雄性Wistar大鼠6只，右颈外动脉插管后于连续的4个时段分别进行不同处理，第一时段（5min）不给予药物，无视觉刺激；第二时段（10mi... 详细信息

目的应用动态锰离子增强磁共振技术行大鼠视觉皮层功能成像，为神经系统功能的研究提供方法。方法成年雄性Wistar大鼠6只，右颈外动脉插管后于连续的4个时段分别进行不同处理，第一时段（5min）不给予药物，无视觉刺激；第二时段（10min）经右颈外动脉注射甘露醇和氯化锰，无视觉刺激；第三时段（15min）仅注射氯化锰，给予视觉刺激；第四时段（5min）注射氯化锰与谷氨酸混合液，无视觉刺激。每一时段处理后立即进行大鼠头颅磁共振成像，应用SPM软件进行图像的配准和平滑处理，应用Matlab软件得出图像的配色图及等高线图：选取视觉皮层进行兴趣区（ROI）分析，观察不同处理后磁共振图像中脑内特异性增强区域并比较大鼠视觉皮层的信号强度。结果磁共振图像分析显示第一、二时段处理后大鼠脑内未发现特异性增强区域。第三时段处理后大鼠右侧视觉皮层特异性增强，第四时段处理后大鼠右侧脑内多个核团特异性增强：ROI分析显示第三时段处理后的视觉皮层信号强度（1．897±0．172）明显强于第二时段（1．549±0．163），差异有统计学意义（P〈0．05）。结论动态锰离子增强磁共振成像技术能分析大鼠视觉皮层功能活动，可做为研究神经系统功能的新方法。

关键词：锰,动态成像磁共振成像视觉皮层

脊髓型颈椎病患者视觉皮层神经活动变化的静息态功能磁共振研究

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脊髓型颈椎病患者视觉皮层神经活动变化的静息态功能磁共振研究

作者：陈钊天津医科大学

学位级别：硕士

目的:运用静息态功能磁共振（resting-state functional MRI,rs-f MRI）研究脊髓型颈椎病（cervical spondylotic myelopathy,CSM）患者视觉皮层神经活动改变,并且探究这些神经活动改变同视觉障碍之间的关系。材料与方法:研究对象:本次... 详细信息

目的:运用静息态功能磁共振（resting-state functional MRI,rs-f MRI）研究脊髓型颈椎病（cervical spondylotic myelopathy,CSM）患者视觉皮层神经活动改变,并且探究这些神经活动改变同视觉障碍之间的关系。材料与方法:研究对象:本次研究连续纳入脊髓型颈椎病患者27人和健康对照组11人。脊髓型颈椎病患者组为2016年5月至2016年12月在天津医科大学总医院住院的脊髓型颈椎病患者,其中男性15例,女性12例,平均年龄57.9±9.1岁,平均受教育年限10.8±2.7年,均为右利手;健康对照组为随机纳入的性别,年龄,受教育年限,利手与脊髓型颈椎病组相匹配的健康志愿者。其中男性6例,女性5例,平均年龄54.8±8.4岁,平均受教育年限11.6±2.5年,均为右利手;本实验通过天津医科大学总医院伦理委员会批准,所有本研究受试者均被详细告知实验相关内容及利弊并签署知情同意书。数据采集:本研究磁共振数据采集设备为GE 3.0T磁共振扫描仪（Discovery MR750,General Electric）。数据采集过程中,要求受试者佩戴耳塞减少噪音干扰,保持头部固定,同时使用海绵垫固定患者头部减小无意识活动。要求受试者闭眼,同时保持清醒并且不要有特定的或者强烈的思想活动。研究对象需完成脑功能影像及脑结构影像两部分数据采集。在脊髓型颈椎病患者组,我们在运用早期糖尿病视网膜病变治疗研究（Early Treatment Diabetic Retinopathy Study,ETDRS）视力表测量了CSM患者术前及术后第6个月的最佳矫正视力（best-corrected visual acuity）,视力测量过程保证在同一房间,标准距离及标准光源条件下进行。数据处理:通过DPARSF（http://***/forum/DPARSF）软件对核磁数据进行预处理,并计算区域一致性（regional homogeneity,Re Ho）及低频振幅（amplitude of low-frequency fluctuations,ALFF）代表神经活动,通过SPM12（Statistical Parametric Mapping;http://***/spm/software/spm12/）软件将两组神经活动结果进行双样本t检验统计分析比较组间差异。采用相关性分析分别评价术前或术后的最佳矫正视力同Re Ho值或ALFF值之间的相关性。采用相关性分析分别评价左眼或右眼术前最佳矫正视力和同侧视觉皮层或对侧视觉皮层之间的相关性。结果:同对照组相比,CSM患者组中受试者枕叶（双侧前楔叶和左侧距状皮层）ALFF值减低,小脑后叶ALFF值增加（P＜0.05）;枕叶（双侧楔叶,双侧距状皮层和双侧前楔叶）Re Ho值减低,小脑后叶ALFF值增加（P＜0.05）。与CSM患者组术前最佳矫正视力相比,22只右眼及20只左眼术后最佳矫正视力得到改善。在CSM患者组中,视觉皮层神经活动同术前术后最佳矫正视力间存在正相关性,并且任意一侧眼的最佳矫正视力与双侧视觉皮层均存在正相关性。结论:CSM患者大脑存在神经活动改变并且同视觉功能改变正相关。此次研究为CSM患者神经活动改变提供了新的认知并进一步证实CSM患者存在视觉功能障碍。

关键词：静息态功能磁共振脊髓型颈椎病低频振幅区域一致性视觉皮层

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猕猴早期视觉皮层的DKL颜色空间表征

猕猴早期视觉皮层的DKL颜色空间表征

作者：蒋心蕊浙江大学

学位级别：硕士

颜色是个体对不同波长光的认知,色觉对人来说具有特殊的意义。人类和猕猴通过视网膜的三种视锥细胞接受长、中、短三种波长的光信号,但后续视觉系统对颜色的表征不能简单地通过信号线性叠加解释,从视锥信号代表的波长到感知颜色需要多... 详细信息

颜色是个体对不同波长光的认知,色觉对人来说具有特殊的意义。人类和猕猴通过视网膜的三种视锥细胞接受长、中、短三种波长的光信号,但后续视觉系统对颜色的表征不能简单地通过信号线性叠加解释,从视锥信号代表的波长到感知颜色需要多个区域的大脑皮层参与处理。负责处理颜色的皮层腹侧视觉通路上存在着对各种颜色敏感的细胞,并且颜色细胞在皮层上聚集形成了颜色功能模块。研究发现在这些区域内,色调相似的颜色刺激激活了相近的皮层区域,颜色表征在大脑皮层按照一定的色调相似规律组织分布。然而之前对不同脑区颜色表征的研究,每项研究都使用了在不同颜色空间定义的颜色刺激,因此很难理解不同脑区颜色表征的异同。我们使用内源信号光学成像,同时记录了猕猴V1、V2、V4区皮层对基于视网膜视锥细胞反应的颜色空间（DKL色彩空间）定义的视觉刺激的响应,以此来研究这个问题。我们使用多元模式分析对记录的皮层颜色表征进行解码并且测量了颜色响应区域的大小和位置,分别从颜色表征信息量和颜色表征区域的局部空间分布规律的角度,探究了不同皮层区域的颜色表征差异。通过多元模式分析,我们发现在颜色空间中相似的颜色具有相似的皮层表征,V2、V4的颜色表征比V1更有效地区分了颜色。光学成像图像分析表明V2、V4的颜色功能模块（颜色簇）面积比V1更大。分类混淆矩阵和单一色调的功能模块（颜色斑）重叠模式的表征相似性分析显示V1中颜色斑的重叠并不能像V2和V4那样好地反映颜色表征的信息。我们的结果说明在早期视觉皮层颜色信息被逐层级处理,更多的颜色信息在高级视觉区域中被颜色斑的空间重叠模式所表征。

关键词：视觉皮层皮层颜色表征 DKL颜色空间内源信号光学成像多元模式分析

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小鼠视觉皮层长程投射锥体神经元的形态分析

小鼠视觉皮层长程投射锥体神经元的形态分析

作者：鲁航华中科技大学

学位级别：硕士

神经元的精细结构是神经环路的基础,分析神经元的形态特征对于理解大脑结构与功能具有重要作用。近年来,随着荧光标记技术以及光学成像技术的进步,能够在微米级获取包含神经元信号的高分辨率数据集,这为神经元形态方面研究提供了有力保... 详细信息

神经元的精细结构是神经环路的基础,分析神经元的形态特征对于理解大脑结构与功能具有重要作用。近年来,随着荧光标记技术以及光学成像技术的进步,能够在微米级获取包含神经元信号的高分辨率数据集,这为神经元形态方面研究提供了有力保障。但是,受限于显微光学成像系统视场与分辨率之间的矛盾,获取的图像存在亮度不均匀和明亮条纹等现象,需要进行图像处理提升图像质量。同时,神经元的分支结构复杂,在全脑范围内广泛分布,这使得在全脑范围内重建和分析神经元的形态存在较大困难。本文选取小鼠视觉皮层作为研究对象,分析其长程投射锥体神经元的形态特点,整个分析包含以下三个部分:(1)基于显微光学成像系统采集的高分辨率数据集,采用图像处理算法对数据集进行图像的拼接、去条纹以获取高质量的数据集;(2)采用手工方式重建小鼠视觉皮层内标记的38个长程投射锥体神经元,将重建结果矢量化,并基于Web实现对神经元精细结构的三维可视化;(3)基于手工重建的神经元数据,获取了树突的长度、高度、分支节点数以及轴突的长度、分支节点数、投射终点数等参数,依据这些参数对神经元形态进行分析。本文通过对视觉皮层长程投射锥体神经元的形态进行分析,基于顶树突高度与分支数等参数得到树突的分类结果,基于轴突投射终点得到视觉皮层与其他脑区之间的连接关系,这有助于视觉皮层脑区结构以及功能的理解。通过Web对神经元精细结构进行三维可视化,方便信息共享。将此套分析方法应用于全脑,有助于脑结构和功能的研究。

关键词：视觉皮层锥体神经元图像处理可视化形态分析