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基于多体素模式分析的fMRI视觉解码研究综述

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信息工程大学学报 2015年第1期16卷 66-72页

作者：童莉王理军郑载舟闫镔信息工程大学河南郑州450001

随着神经影像技术的发展,尤其是功能磁共振成像技术的兴起与广泛应用,视觉解码技术取得了长足的进步。目前,多体素模式分析(multi-voxel pattern analysis,MVPA)方法日渐成为最受关注的视觉信息解码方法。与经典fMRI数据分析中的单体素... 详细信息

随着神经影像技术的发展,尤其是功能磁共振成像技术的兴起与广泛应用,视觉解码技术取得了长足的进步。目前,多体素模式分析(multi-voxel pattern analysis,MVPA)方法日渐成为最受关注的视觉信息解码方法。与经典fMRI数据分析中的单体素分析方法不同,该方法考虑神经元活动的相互关系,引入多体素模式特征训练分类器,实现对大脑视觉认知状态的分类识别。文章重点介绍MVPA解码的基本思想、实施步骤和在视觉解码中的应用,并指出了今后的一些研究方向。

关键词：功能磁共振成像多体素模式分析模式分类视觉解码

颜色认知中鸽外纹体对目标颜色的动态编码与解码研究

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颜色认知中鸽外纹体对目标颜色的动态编码与解码研究

作者：蒋震阳郑州大学

学位级别：硕士

鸟类拥有发达的视觉系统和卓越的视觉认知能力,是研究生物大脑视觉信息处理机制的常用模式动物。颜色作为表征物体特性的基本视觉信息之一,是鸟类感知外部目标所依赖的重要特征。外纹体是鸟类离顶盖通路中的高级脑区,被认为与视觉目标... 详细信息

鸟类拥有发达的视觉系统和卓越的视觉认知能力,是研究生物大脑视觉信息处理机制的常用模式动物。颜色作为表征物体特性的基本视觉信息之一,是鸟类感知外部目标所依赖的重要特征。外纹体是鸟类离顶盖通路中的高级脑区,被认为与视觉目标颜色信息的处理有关。目前,关于鸟类各级视觉核团对目标颜色编码的研究,多在麻醉状态下开展,尚缺乏关于清醒自由活动状态下,尤其是执行视觉认知任务时,鸟类外纹体对目标颜色编码与解码的研究。为此,本文以鸽子为研究对象,开展了基于目标颜色的视觉认知实验,采集了不同认知阶段鸽外纹体的多通道神经信号。从单通道局部场电位能量和多通道神经元集群网络两个角度,分析了外纹体对目标颜色的编码特性,并采用多个分类器验证了不同尺度特征在解码目标颜色中的贡献。具体开展的研究内容与成果如下:首先,设计并开发了基于啄击行为的鸟类视觉目标认知训练系统,完成了4只鸽子执行颜色延迟匹配任务的视觉认知训练,并将训练周期分为适应期、学习期和熟练期三个阶段,同步采集了不同阶段鸽子外纹体的多通道局部场电位信号(LFP),并完成了有效通道筛选、去除工频等预处理。其次,对鸽外纹体单通道的LFP进行时频分析,确定了视觉认知相关的响应时间窗与频带范围,发现外纹体单通道LFP能量对颜色的编码呈现动态性。通过提取目标呈现期间鸽外纹体单通道LFP的时频能量谱,发现γ频带(30-60 Hz)能量呈现明显的先增高后降低趋势。对不同颜色下0.2 s-0.5 s内该频段能量进行显著性差异检验,发现该区间内γ频带能量在不同颜色下的差异随着认知的强化趋于显著(适应期、学习期p>0.1,熟练期P视觉信息的编码,而这些连接属性对不同颜色无显著差异。最后,采用三种分类器对鸽外纹体单通道能量特征和脑功能网络特征的不同特征组合,进行解码分析。结果表明,脑功能网络特征也包含与视觉目标颜色相关的信息,并且基于互信息和基于频域相干性的功能网络特征所携带的信息有所不同。此外,解码效果也随视觉目标认知的熟练度呈现动态变化。

关键词：颜色认知局部场电位外纹体动态编码视觉解码

图像目标导向的鸟类行为训练系统与视觉响应提取研究

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图像目标导向的鸟类行为训练系统与视觉响应提取研究

作者：杨尚飞郑州大学

学位级别：硕士

动物目标导向行为中的神经信息处理机制是神经科学领域研究的热点。鸟类拥有优秀的目标导向能力和发达的视觉系统,是研究视觉目标导向下大脑信息处理机制的常用模式动物,该研究领域中,针对特定图像目标导向任务的鸟类行为的有效训练和... 详细信息

动物目标导向行为中的神经信息处理机制是神经科学领域研究的热点。鸟类拥有优秀的目标导向能力和发达的视觉系统,是研究视觉目标导向下大脑信息处理机制的常用模式动物,该研究领域中,针对特定图像目标导向任务的鸟类行为的有效训练和视觉响应特征的有效提取是开展所有后续研究的前提。目前,常采用迷宫的方式对实验动物进行行为训练,但系统的设计往往忽略了动物执行特定视觉认知活动与脑电信号采集之间的同步性。此外,对于自由状态下视觉响应特征的提取也缺乏系统的研究。针对上述问题,本文以鸽子为对象,设计了适用于特定图像目标导向任务的训练迷宫,给出了特定视觉目标认知与神经信号采集的同步方案,并提出了视觉响应特征提取及优化的方法,最后通过解码不同认知目标验证了方法的有效性。具体研究成果如下:首先,开发了鸟类图像目标导向的行为训练系统,设计了图像目标导向的训练范式,包括适应阶段、预训练阶段和正式训练三个环节,完成了5只鸽子的目标导向行为训练,识别准确率达到85%以上;在正式训练阶段,同步采集了鸽子外纹体脑区的神经信号与鸽子位于观察窗处其面部的视频信号,为后续认知活动与脑电信号的同步以及特征的优化奠定基础;然后,提取了图像目标呈现期间每个通道spike信号的发放率特征作为原始响应特征;针对视频信号,提出了一种基于Faster R-CNN鸽正脸检测方法,用于估算鸽子观察特定图像目标的时间窗,从而实现对原始响应特征的优化。最后,利用不同分类器从神经响应特征中解码图像信息,通过将优化特征的解码结果与原始响应特征的结果进行对比,以验证优化特征的有效性,并在此基础上进一步地探究了通道数量对解码结果的影响。结果表明优化特征的解码结果显著高于原始响应特征。此外,通道的选择也会影响解码结果,文末归纳了筛选有效通道的方案。本文开展的研究为理解鸟类执行图像目标导向下潜在的视觉信息处理机制奠定了基础,为理解脑的认知决策机制提供了支撑,对生物机器人相关新型技术的发展具有重要启发意义。

关键词：目标导向训练迷宫鸽脸检测 Faster R-CNN 视觉解码

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城市形象片视觉传播分析

城市形象片视觉传播分析

作者：高杨湘潭大学

学位级别：硕士

城市形象片是伴随城市的发展壮大而产生的反映城市风貌、宣扬城市精神、提高城市声誉的影像文本,是客观事实与主观意象的综合体,既反映了客观存在的城市风貌,又表现了创作者对城市形象的定位和期望。十余年来,我国城市形象片经历了从... 详细信息

城市形象片是伴随城市的发展壮大而产生的反映城市风貌、宣扬城市精神、提高城市声誉的影像文本,是客观事实与主观意象的综合体,既反映了客观存在的城市风貌,又表现了创作者对城市形象的定位和期望。十余年来,我国城市形象片经历了从无到有、自简至繁的发展历程,传播范围广,认可程度高,宣传效果好,逐渐成为城市宣传过程中不可或缺的一环。文章搜集了近十年来见诸媒体的一百六十余部城市形象片,并选取其中的四十四部得到人们广泛认可和高度评价、具有代表性的形象片,结合中国城市发展的历史背景,采用文本分析的方法,从视觉传播角度进行分析。城市形象片的视觉符号编码过程涉及到众多环节与因素,从创作意图的发起、创作主题的限定、制作文案的策划、拍摄景物的选取、拍摄手法的使用直至后期的视频剪辑、配音,每一个环节都饱含了创作者的主观意图。在数量繁多的城市形象片中,视觉元素的选取紧紧围绕影片主题,绝大部分元素都有其代表意义及功用。在形象片画面中,画面色调的明暗与色彩的选用、影片画面的运动方式与运动节奏很大程度上确定了影片的基调,或明亮或昏暗,或欢快或舒缓,从不同角度体现了城市风貌。形象片诉求方式的选用决定了影片的叙事方式与手法,诉诸感性用于展现城市软实力,可以求得人们与城市在情感上的共鸣,诉诸理性则着重展现城市硬实力,影响着人们与城市相关的决策。从城市形象片视觉符号解码的角度看,观众在观看城市形象片、接收信息的过程中,通过对影片画面、片段、影片中的主要人物、主要故事的理解,能够体会到画面背后的意义:城市旅游形象片推介城市旅游资源,突出城市的友好、休闲、高度幸福感和快乐感;城市人文形象片塑造城市精神,使人感觉到或兼容并蓄,或自强不息,或精致和谐的城市风格;城市招商形象片在表现城市社会经济实力、城市投资环境与发展前景的同时,塑造了城市发展欣欣向荣、日渐崛起的形象;城市综合形象片则包含了几个主题,或若干主题并行,或主题前后衔接、逐步深入,经过有目的的排列组合展现城市形象。经过对城市形象片视觉编码与解码的分析后,可以发现其在主题设置与价值实现上存在的共性。城市社会经济与发展前景、城市历史文化、城市人文精神和城市对外姿态是形象片必然蕴含的主题,但因表现城市与形象片类别的不同而有所侧重。而城市形象片在表现人物、景物的同时,也蕴含并实现着社会建构价值、经济价值、文化价值和审美价值。

关键词：城市形象片视觉编码视觉解码主题与价值