基于鸽视顶盖神经元动作电位信号的颜色字符重建研究

来源 :郑州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:asdf303
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
采用重建感知信息的方式进行神经科学的研究是一种有效方式。颜色是物体、环境具备的一条自然属性,利用神经元动作电位信号实现颜色字符刺激的重建对解析视觉系统关于颜色信息的处理机制具有重要意义。鸽子具有优秀的颜色信息感知能力,视顶盖(the Optic Tectum,OT)是鸽子处理颜色信息的关键神经核团。基于利用重建方式解析神经元编码机制的目的,本文设计了不同的颜色字符刺激模式,采集了鸽子视顶盖神经元动作电位响应信号(Spike),分析了不同颜色棋盘格刺激下的神经元感受野特性,并在此基础上根据神经元响应构建了颜色信息重建模型,实现了不同颜色字符的重建,解析了鸽子OT区神经元对颜色信息处理的神经机制。本文的主要工作以及研究结果如下:(1)分析了鸽子OT区神经元的颜色感受野特性鸽子OT区神经元感受野内接受颜色刺激是神经电信号有效发放的前提。本文选取了HSV颜色空间模型中具有代表性的红色(Red,R),绿色(Green,G),蓝色(Blue,B)作为基本颜色,设计了白底红、白底绿、白底蓝、绿底红、蓝底红、红底绿、蓝底绿、红底蓝、绿底蓝类型的颜色棋盘格模式,并采用反向相关法(spikes-triggered average,STA)结合高斯拟合的方式测定感受野。以白底红棋盘格刺激的感受野为基础比较发现,白底绿刺激感受野的中心位置相对偏差为2.1902±0.3656mm,半径相对偏差为3.3648±0.1982mm,白底蓝刺激的中心位置相对偏差为2.0690±0.3953mm,半径相对偏差为2.9564±0.6217mm。对于不同背景下的棋盘格实验,经过分析发现,神经元感受野中心位置的最小相对偏差为1.4560±0.2317mm,最大中心位置偏差为2.9085±0.4402mm,感受野半径最小偏差为1.2875±0.4525mm,感受野半径最大偏差为4.3955±0.5562mm。以上分析说明不同颜色刺激下感受野的位置和大小发生了改变,因此需要在重建实验中及时调整刺激播放位置以克服感受野位置和大小变化对实验数据造成影响。(2)提取了神经元动作电位响应特征并构建了重建模型提取能够有效表征颜色视觉刺激的神经元响应特征是重建的前提。本文对B、N、空心三角形、空心圆、十字架五种字符图像分别设计了白色背景红色字符(W-R)、白色背景绿色字符(W-G)、白色背景蓝色字符(W-B)、红色背景绿色字符(R-G)、红色背景蓝色字符(R-B)、绿色背景红色字符(G-R)、绿色背景蓝色字符(G-B)、蓝色背景红色字符(B-R)、蓝色背景绿色字符(B-G)类型的字符刺激模式。提取了神经元集群Spike信号发放率特征并利用主成分分析法(PCA)对响应特征矩阵降维,并将响应特征矩阵与线性逆滤波器算法(Linear Inverse Filter,LIF),随机森林算法(Random Forest,RF)和卷积神经网络算法(Convolutional Neural Networks,CNN)结合分别构建了颜色字符重建模型。(3)选取了重建模型参数并重建了颜色字符图像,解析了OT区神经元的颜色信息处理机制重建模型参数的选取有利于提高模型的性能。对于参与重建的神经元通道,文中采用信息论和重建正确率两种方式对神经元通道进行了选取。对于刺激持续时间(T)、刺激后开始时间(delay)和时间窗口(bin)等参数,采用网格搜索法和交叉检验法的联合方法进行选取,利用选取的参数构建了性能更优的重建模型。对于颜色字符重建结果的分析,首先,利用重建模型分别对颜色字符进行重建,其中LIF重建模型的最高重建正确率达到0.9778,RF模型最高正确率达到0.9675,CNN模型最高重建正确率达到0.9822,这说明发放率特征能够表征颜色信息。然后,对颜色字符重建结果通过方差分析(ANOVA)发现:白色背景下的颜色字符刺激重建结果之间并没有显著性差异。对不同背景下的字符刺激重建结果进行分析发现,当字符为红色时,各颜色背景重建结果无显著性差异。当字符为蓝色时,红色背景削弱了蓝色的刺激响应。当字符为绿色时,蓝色背景增强了绿色的视觉刺激效果。最后,对不同颜色组合下的字符刺激进行分析发现,红底蓝(R-B)和蓝底红(B-R)类型字符与蓝底绿(B-G),绿底蓝(G-B)和红底绿(R-G)类型字符的重建结果存在显著性差异,这表明蓝色与红色两种颜色相互影响,削弱了颜色刺激强度。
其他文献
随着电子工业的飞速发展,电子产品更新换代越来越快,用户对某些高性能电子产品的可靠性要求也越来越高。电子产品在生产过程中都含有特殊过程,特殊过程对产品的使用性能会产
CO2等温室气体的过量排放导致的全球气候变暖问题已经引起了全世界各国的关注。O2/CO2燃烧技术又称燃烧中捕集技术,被认为是一种极具前景的控制温室气体排放的有效办法。由于
改进无机化学实验关于浓度和酸度对电极电势及氧化还原反应方向的影响的实验装置。
文章考察了控股股东和经济波动对上市公司股利政策的影响。结果表明,从控股股东的角度来看,第一大股东持股比例越高,公司越愿意支付股利,尤其是现金股利。当考虑了经济波动的
当今世界,技术与工程领域创造的价值与日俱增。社会不断进步发展的同时,对公民科学素养提出了更高要求。全新义务教育小学科学课程标准顺应时代发展需要,首次在课程标准中增
随着信息技术的迅速升级和移动通信网络规模的持续扩大,移动网管中心每时每刻都会收到大量的告警数据,使网络监控系统的负担越来越大。告警相关性分析可以挖掘告警数据中的相关规则从而搜索与故障相关的根源告警,是网络管理的主要部分。另外,计算机网络的持续发展使通信网络的安全问题也开始倍受人们的重视,入侵检测技术是检测及防御网络威胁行为的重要手段。因此,研究如何构建有效的机制帮助网络管理人员进行网络故障诊断和入
目的:研究目的在于掌握岳阳广播电视大学学生目前的手机依赖倾向情况及其特征,分析中职生父母的教养方式、手机依赖倾向以及自我和谐三者间的联系,深入探究在自我和谐的中介
老子的思想中存在着入世的精神,通过老子对于现实的关注以及为人生的宇宙论和治国理论可以得到充分的证明.但是,由于老子哲学体系建构的独创性,尤其是他的独特的"逆向"的入世
通过数值求解薛定谔方程并用"抓拍"(snapshot)的方式观测两电子动量分布,我们研究了超强超快激光场中原子发生非次序双电离的不同机制.我们的模拟表明"抓拍"过程中双电离波函
1病例患者郑某,女,47岁。主诉:反复胸痛3年余,加重2月。病史:患者既往高血压病史12年,长期服用氯沙坦氢氯噻嗪片控制血压。2年前,患者自诉无明显诱因出现胸痛,疼痛时间约为3