第四视皮层的功能结构和选择性注意的认知神经机制

The goal of this proposal is to investigate the role of functional organization in primate visual area V4, an area important for form recognition and visual attention. Our discovery that V4 contains functional domains for surface properties (such as color and luminance) and contour properties (such as contour orientation) raise many questions about the role of V4 in vision. In the first aim, we examine how the functional organization of object representation in V4 and what this means for the ‘hypercolumn’ in V4. Particular attention is paid to the organization in foveal V4, as foveal vision, which is central to primate visual behavior, is in many respects qualitatively distinct from extrafoveal vision. The.second aim examines the effect of visual attention, both spatial attention and feature attention, on the response of different functional domains in V4. We hypothesize that spatial attention leads to topographically appropriate enhancement of imaged response regardless of domain type, and that feature attention leads to significant enhancement of response correlation between feature domains relevant to the attended feature. These two types of attention may then be mediated via distinct modularly-based mechanisms in V4. We approach these.questions using optical imaging and electrophysiological methodologies in awake, behaving primates performing object discrimination and attention tasks. These studies will elucidate the neural circuitries underlying visual perception and attention and will have relevance for clinical conditions such as macular degeneration (where there is loss of foveal vision) and attention deficit disorder..

灵长类的第四视皮层(V4)是进行物体识别与实现视觉注意的一个关键视皮层。不同于现有的V4 功能理论,我们发现V4皮层同时具有分别处理面特征（颜色和亮度）和轮廓特征（朝向）的功能亚区。中心视野(中央凹代表区) 在灵长动物的视知觉形成中起了关键的作用, 有着和周边视野不同的反应特性.本研究将研究V4的超级功能柱,特别中心视野区域的功能结构.同时,我们也会研究空间注意和特征注意对V4功能结构的影响. 我们认为空间注意将无差别的提高V4整体活动,而特征注意将选择性的提高特异处理与被注意特征相同特征的脑区之间的相关性. 而不同的注意类型将有选择性的影响不同的功能结构. 我们将结合使用光学成像和电生理技术在进行物体辨别与注意任务的清醒猴上开展此两类注意在V4神经机制研究。本研究将不仅能揭示视知觉感与注意的相关神经机制，同时也将为一些常见的疾病如视网膜黄斑变性与注意缺陷疾病的提供治疗新方法的理论依据。

猕猴V4视皮层是腹侧视觉传输通路的中间层。在视觉注意与视觉物体认知功能中起了重要的功能。在V4视皮层的神经元对于空间朝向、空间频率和颜色等基本特征以及一些视觉复杂特征如弧度、颜色稳定性、图形-背景反应都具有不同的代表区。我们使用光成像和电生理的方法研究曲率和颜色在V4的代表区。基于我们研究的结果，提出假说：V4的超柱代表更高级的曲率选择性，或更高级的颜色不变性，这些特性的代表区在V4系统和重复地出现。而且，V4视皮层神经元受到空间注意与特征注意的调控。我们在执行注意调控的颜色变换检测任务的猴子的V4区域中进行基于脑血容量（CBV）的光学成像来研究确定注意调节的皮层功能柱的空间分布。我们发现注意提高了血流动力学反应的全局信号，但不影响刺激特异性功能柱区域的活动。证明了全局信号参与空间注意的神经处理机制。在V4中可能会以不同的方式来介导空间注意和特征注意，一种是通过响应幅度的调制，另一种是通过域特定的响应相关性调制。这也表明，不同的注意模式通过招募V4中不同的功能柱区域网络来介导其效果。同时，在神经机制研究基础上，由于传统的脑皮层刺激方法通常会激活数毫米的组织，无法靶向特定的皮层功能柱。因此，我们开发了电、光遗传和近红外激光三种新的靶向聚焦的功能特异的新激活方法来取代传统的皮层刺激方法。我们已使用该三种方法进行神经调节来调控注意。结合新的近红外激光刺激与超高场磁共振系统，我们快速的绘制了皮层激活的神经网络。提出新的全脑神经网络绘制工具。本研究将不仅能揭示了视知觉感与注意的相关神经机制，同时也将为一些常见的疾病如视网膜黄斑变性与注意缺陷疾病的提供治疗新的理论依据，为治疗脑疾病提供新的神经调控工具。