高空间频率处的对比度知觉学习改善猫视功能的神经机制

摘要

不断地训练会提高被试在训练任务中的表现，且这种提高可以被保持一段时间，这被称为知觉学习。其实，知觉学习的效果并不仅仅局限于被训练的任务中，还可以传递到别的任务上。在高频处进行对比度的知觉学习不仅可以提高训练眼的对比敏感度，还能使其视力得到显著的提升。毫无疑问，这为提高成人视力提供了一条可能的潜在途径，但是对比度训练为什么可以提高视力，其中的神经基础是什么我们尚不清楚。针对这一问题，我们使用方位辨别任务对四只正常成年猫进行了高空间频率处的对比度训练，并在心理物理和电生理两个层面上对这种知觉学习的神经机制进行了研究。
　　在行为学水平上，我们发现训练显著地提升了训练眼在训练频率处的对比敏感度，并且提高了其在视锐度任务中的表现。训练效果也传递到了非训练眼，非训练眼的视锐度也出现了显著的提高。通过检查训练猫在训练前后不同噪音水平下阈值的变化情况，我们进一步发现，训练后行为学表现的提升是由于视觉神经系统的信号检测效率得到了显著的提高，而不是来源于其内部噪音的降低。
　　接着在生理学水平上，我们比较了三只训练猫和四只正常猫的初级视皮层（17区）神经元的对比敏感度以及空间频率(SF)反应特性。结果显示，训练并没有提高神经元的对比敏感度特性，而是显著地改变了神经元的空间频率调谐特性。具体来说，训练组17区的神经元显示出了更高的最优空间频率(OSF)以及更强的信噪比(SNR)。并且，与行为学的提高相对应的是，这些神经元空间频率的调谐改变也显示出了一定的空间频率特异性和眼特异性。另外，对于17区的单眼细胞，我们进一步比较了通过训练眼和非训练眼记录到的OSF和SNR，发现两眼间并无任何显著差异，这表明训练后17区神经元空间频率调谐特性发生的变化并不是发生在双眼融合之前。
　　最后，通过对行为学和电生理结果的比较分析，我们发现，无论是神经元的最优空间频率，还是信噪比的提升幅度，都与行为学上视锐度的提高幅度是显著相关的。这个结果提示我们，在高频处进行的对比度训练很有可能是通过改变训练猫17区神经元的最优空间频率表征，提高神经元的信噪比，造成了神经系统采样效率的提高，进而引起了行为学上的一系列变化。
　　本研究不仅加深和完善了我们对视觉知觉学习的理解，而且对进一步地设计和改善知觉学习任务来提高视觉功能具有现实的指导意义。

目录

声明

摘要

第一章 视知觉学习的研究进展综述

1．1 定义及研究历史

1．2 知觉学习的特点

1．2．1 特异性与传递性

1．2．2 保持性

1．3 可能的影响因素

1．3．1 神经可塑性状态

1．3．2 训练时间和强度

1．3．3 训练任务难度

1．3．4 注意

1．3．5 睡眠

1．3．6 其他可能的影响因素

1．4 知觉学习的应用

1．4．1 提高视觉功能

1．4．2 增加视觉注意效率

1．4．3 改善发育性阅读障碍

1．5 知觉学习的神经生理学基础

1．5．1 神经可塑性发生的位点

1．5．2 神经可塑性发生的方式

1．5．3 小结及展望

第二章 实验研究部分

研究设想概述

2．1 行为学实验

2．1．1 引言

2．1．2 实验方法

2．1．3 实验结果

2．1．4 讨论

2．2 电生理实验

2．2．1 引言

2．2．2 实验材料和方法

2．2．3 实验结果

2．2．4 讨论

第三章 总结与展望

3．1 总结

3．2 展望

参考文献

致谢

个人简历

在读期间已(待)发表的论文