基于光学功能成像的视皮层精细模式反编码研究

采用光学功能成像(OI)实验平台和猫视皮层动物模型，利用OI空间分辨率高的特点，提取精细空间模式，研究视皮层V1,V2和MT区空间模式反编码能力，研究相关模式提取技术。具体实验方法是：使用静止方向光柱、移动方向光柱、变化尺度基本形状及复杂场景视频等作为视觉输入，采集V1,V2,MT脑区的功能序列。研究图像序列多模态张量模型，对三个脑区图像序列进行"空间、时间、视觉输入、trail/被试"四维度模式分析。分析刺激相关空间模式在"视觉输入"和"trail/被试" 因素下的变化，确定鲁棒的特异性空间模式，建立特异性模式库。研究三个脑区各自和联合的反编码能力，特别是V1,V2对静态信息，MT对动态信息的反编码。研究大样本复杂视频输入时三个脑区功能图像序列是否存在稳定的时空基元及其在目标神经编码和反编码中可能的应用。此项目对于研究视觉信息神经编码、反编码，实现高效率脑机通讯具有理论探索和实践意义。

课题以脑皮层功能和代谢模式的时空分析为主线，利用光学功能成像、微电极阵列、激光多普勒、功能磁共振和脑电等多种脑观测手段对基于视皮层运动想象的反编码、神经代谢信号中低频振荡信号的因果性、负信号的神经代谢机制等问题进行了研究，并取得了显著的进展。利用视皮层运动想象任务下的时空模式进行反编码研究，成功实现了虚拟倒立摆的控制，稳定控制时间达到70余秒。利用微电极阵列和激光多普勒技术对皮层中广泛存在的低频振荡信号的生成机制进行了研究，发现在局部场电位、神经元发放和血流量三种信号中都能稳定提取低频振荡信号，并且可以建立三者的Granger因果关系。利用光学功能成像、功能磁共振和微电极阵列对运动感觉任务中的负激活信号进行了研究，清楚了解了其时空特征并在神经元发放层面上稳定提取到了负信号，排除了负信号仅是一种代谢现象的可能。.结合课题相关研究工作发表学术论文3篇， 其中3篇SCI收录。项目负责人获得2012年度国家自然科学奖二等奖1项，排名第五。获得国家发明专利授权1项，申请国家发明专利3项。项目成员参加国际/国内会议8人次。结合课题项目已经毕业博士研究生2名，硕士研究生2名。