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对比度作为基本视觉信息之一,表征了图像的边界、轮廓、纹理等细节信息。在自然视觉情况下,动物本身及其所观察到的物体的运动使得视网膜接收到的视觉信息处于不断的变化之中,同时,自然图像中不同类型的区域内的对比度分布范围也存在较大差异。因此,为了有效地编码视觉信息,神经元需要适应不同范围的对比度分布。本文采用胞外记录方法,通过呈现连续快速变化(50 Hz)、并且在高低两种对比度分布(0.5-0.9;0.1-0.5)转换呈现的刺激,研究猫初级视皮层细胞对于不同对比度范围的适应。
结果显示从高对比度分布转到低对比度分布后,神经元初始的反应发放率较低,然后开始慢慢上升。并且,在这个过程中对比度增益降低,反应增益增加,神经元的自发放率增加,这种变化导致神经元对低对比度的分辨率增加。从低对比度分布转到高对比度分布后,神经元初始的反应发放率较高,然后开始慢慢下降。但是,在这个过程中,对比度增益和反应增益都没有很显著的变化,只是神经元的自发放率降低,所以这种变化并没有改变神经元对高对比度的分辨率。
对于这种适应过程中平均发放率的变化,我们采用指数方程拟合,可以得出神经元适应所需的时间和适应前后平均发放率变化的相对大小。在转换周期为3.2 s时,神经元至少需要0.4 s才能适应,而且大部分神经元能够在1.6 s内完成主要的适应过程。同时,对比不同的转换周期发现,转换周期越快,适应的所需时间越短。但是,适应前后平均发放率的变化幅度与转换周期没有显著关系。
因此,我们的研究表明,猫初级视皮层神经元能够适应对比度分布,并能够根据不同对比度分布范围之间转换的快慢,动态地调整适应的时间过程。