方位辨别知觉学习的脑机制研究

现有的电生理研究结果与人的心理学模型不能协调地解释知觉学习引起的方位辨别敏感性提高的机制。为解决该争端，本项目用2-AFC和外噪声干预法训练猫进行光栅方位辨别学习，用2/1 staircase追踪猫对加入不同噪声的光栅方位的辨别阈值以建立心理学TvC（threshold versus external noise contrast）曲线。分别在学习前、后，用在体单细胞慢性记录和多电极记录技术研究受训练的初级视皮层细胞对各级噪声水平下不同方位光栅刺激的调谐反应，用ROC和Fisher information分析法确定细胞对刺激反应的方位敏感性阈值以获得全部细胞及最优方位在训练方位和非训练方位附近的细胞群TvC曲线。通过检测学习对TvC曲线的高、低噪声部影响大小来探讨知觉学习的刺激增强、外噪声排除和内噪声压抑机制在心理学和细胞水平的相关性。该研究将为进一步阐明视觉知觉学习的脑机制提供重要线索。

现有的电生理研究结果与人的心理学模型不能协调地解释知觉学习发生的中枢部位及知觉能力提高的神经机制。为解决该争端，本项目用2-AFC和外噪声干预法训练猫进行光栅方位辨别学习，用2/1 staircase追踪猫对加入不同等级噪声的光栅方位的辨别阈值以建立心理学TvC（threshold versus external noise contrast）曲线。分别在学习前、后，用在体单细胞慢性记录技术研究受训练的初级视皮层（V1）细胞对各级噪声水平下不同方位光栅刺激的调谐反应，用贝叶斯（Bayesian）和ROC（Receiver operating characteristics）分析法获得神经元对刺激反应的方位敏感性阈值以建立初级视皮层神经元群TvC曲线。分析结果发现：（1）方位辨别学习显著降低了两只猫在训练方位（TO）附近能辨别不同噪声干预的光栅刺激的方位差阈值，但该学习效果完全传递到了非训练方位（NTO）附近。在无噪声干预条件下，方位辨别学习引起的方位辨别能力的提高对训练方位有高度的特异性。（2）在心理学TvC曲线中，学习诱导的方位差阈值（TOD）的降低幅度在无噪声和低噪声水平较小，但在高噪声水平逐渐增大。（3）与心理学测量一致，噪声干预的光栅刺激方位辨别学习降低了V1神经元在训练方位（TO）和非训练方位（NTO）附近能检测不同等级噪声干预的光栅刺激的方位差阈值（TOD），特别是训练方位（TO）或非训练方位（NTO）位于其方位调谐曲线斜坡上的这一类群神经元。（4）对于神经元TvC曲线，学习诱导的方位差阈值（TOD）的降低幅度在无噪声和低噪声水平较大，但在高噪声水平逐渐减小。本项目研究结果提示：（1）对噪声干预的光栅刺激方位的辨别学习，其学习效果能从训练方位（TO）完全传递到非训练方位（NTO）。（2）学习能力的提高与视觉系统的刺激增益和外噪声排除机制均有关，其中，外噪声排除的贡献较大。（3）方位辨别学习引起的脑可塑性可能与视觉皮层内信息加工的早期和晚期阶段都有关，其中，初级视皮层神经元特别是对方位识别最敏感的神经元类群，可能在刺激方位敏感性提高方面起主要作用，但在外噪声排除方面贡献较小，我们推测在知觉学习过程中高级视区在噪声排除方面可能起主要作用。