猫V1和V2区不同类型细胞的图像信息整合研究

The complex interactions between multiple cell types in mammalian visual cortex formed efficient information processing function. However, it is not very clear whether the different classes of neurons played the distinct roles in visual perception. In this study, by using multi-channel microelectrodes technology we recorded the response from neurons of cat's V1 and V2 areas under various stimulation pattern. We focused on the following two studies: (1)the differences between excitatory pyramdial cells and interneurons in response properties and neurobiological function. (2) how the inhibitory and facilitatory integrated cells gathering in cluster efficiently process the homogenous and heterogeneous graph structure by synchronization integration? By this study, we expect to discover the neural coding mechanism of visual cortical neurons in detecting complex image feature. The reseach will be also to provide a biological basis and model for establishing the receptive field models and unstructured information processing theory.

哺乳动物视皮层存在多种细胞类型，它们通过高度复杂的相互作用形成了高效的信息处理功能，然而不同类型细胞的认知功能却并不很清楚。本项目拟利用多通道微电极技术，记录猫V1和V2区细胞在各种刺激模式下的响应，主要聚焦于研究以下二个问题：（1）兴奋性锥体细胞和抑制性中间神经元的反应属性及其在认知功能上的差异。（2）聚集形成"cluster"的抑制性和易化性非经典感受野细胞如何通过同步化整合来高效的处理同质和异质图形结构？通过以上研究，建立不同尺度（单细胞水平、神经元集群水平）下视皮层神经元检测复杂图像特征的神经编码机制，其研究结果也将为建立感受野模型和开展非结构化信息处理的理论和方法提供生物依据与模型支持。

哺乳动物的视皮层存在多种类型的神经元，它们之间通过高度复杂的相互作用形成了特异的图像处理功能。本项目我们以猫和小鼠为实验模型，研究了经典感受野与非经典感受野三个方面的问题。第一个问题我们基于对比度对初级视皮层非经典感受野的影响，区分出三类神经元。第一类细胞在高对比度下和低对比度均有很强的外周抑制；第二类细胞在高对比度下抑制而在低对比度下抑制基本消失；第三类细胞在高和低对比度下外周均无抑制。我们发现它们不仅仅外周抑制属性不同，其经典感受野特性也有着很大的差异。包括其感受野大小，方位选择性，刺激诱发的反应强度以及简单细胞和复杂细胞的比例均不同。这个结果基于非经典感受野属性对初级视皮层细胞功能进行了分类，分类结果对视觉神经科学研究有一定的意义。第二个问题我们研究了锥体细胞与PV型中间神经元的非经典感受野属性的差异。他们是神经回路主要细胞类型，然而它们的非经典感受野特性却并不很清楚。在这项研究中，我们利用细胞外记录方法来区分出宽波形细胞和窄波形细胞，其中的波宽小于200微秒的细胞一般被认为是中间神经元。实验结果清晰的描绘了这两类细胞的非经典感受野特性的差异，这项成果对不同细胞类型功能差异研究有一定的贡献。第三个问题是视网膜退行疾病中大脑初级视皮层各类细胞的功能和皮层可塑性的变化。我们用视网膜退行的转基因小鼠，研究了在不同阶段小鼠的初级视皮层不同类型神经元认知功能的变化，同时测量了V1区神经回路与认知可塑性功能的变化过程。研究发现随着视网膜退行，初级视皮层功能发生了显著改变另外初级视皮层细胞的可塑性亦产生了显著的变化。