【摘 要】
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实时加工动态环境中的信息是我们大脑适应性的一个重要功能。身处复杂的现实环境中,神经系统需要从中快速提取出有意义的信息,整合并编码进入记忆系统,以备不时之需。然而,在自然情境下,环境中哪些特征会对事件形成过程产生影响,神经系统对现实生活中情景编码的神经机制,以及如何在空间-时间序列上对事件加以整合这些问题依然不是很清楚。为了澄清这些问题,本研究使用了让动物观看自然情境构成的视频的实验范式。实验的每一
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实时加工动态环境中的信息是我们大脑适应性的一个重要功能。身处复杂的现实环境中,神经系统需要从中快速提取出有意义的信息,整合并编码进入记忆系统,以备不时之需。然而,在自然情境下,环境中哪些特征会对事件形成过程产生影响,神经系统对现实生活中情景编码的神经机制,以及如何在空间-时间序列上对事件加以整合这些问题依然不是很清楚。为了澄清这些问题,本研究使用了让动物观看自然情境构成的视频的实验范式。实验的每一天,猕猴观看三个不同内容的视频(时长30s),每个视频重复30次;由于后顶叶皮层(posterior parietal cortex,PPC)在视觉信息加工以及时间序列编码过程中起着重要作用,因此在猕猴观看这些自然情境视频时,我们使用多通道电生理系统记录PPC的神经元活动。通过对单个神经元和群体神经元的分析,本研究发现以下主要结果:为了检验PPC神经元怎样编码重复呈现的刺激,我们比较三种视频内容条件下单个神经元放电频率。结果发现,20.27%,6.67%和5.6%的PPC神经元分别选择性地对灵长类动物、非灵长类动物和自然风景内容视频有更高的神经发放。从刺激重复角度看,23.2%的PPC神经元随着视频观看的次数增加,放电频率逐渐减少,出现重复抑制效应;26.67%的神经元表现出重复增强效应。为了分析这些对视频内容敏感的神经元能在多大程度上辨别出不同视频内容,我们整理了1s时间窗内放电频率的神经元发放序列并通过“留一法”交叉验证训练支持向量机(support vector machine,SVM)分类器。结果发现,55.2%的PPC神经元对视频内容的解码准确率高于随机水平。并且,对灵长类视频敏感的神经元能够成功地将灵长类视频和其他两类区分开,但是,非灵长类和自然风景敏感的神经元虽然有高于随机水平的解码准确率,对其敏感类别的视频解码准确率并不显著高于其他两类。这一结果暗示了PPC神经元可能携带着不同类别内容的信息,尤其是携带了同类活动的信息。为了讨论视频的视觉初级特征对神经元编码的影响,我们提取视频的四种初级特征(明度,对比度,饱和度和光流运动),进行神经元解码能力的比较分析。结果发现,对比度和光流运动能够提升对视频内容的解码能力,尤其是光流运动能显著提升猕猴对同类活动内容的辨别能力。这一结果表明,对同类运动的加工有助于提升对视频内容的解码能力,也提示了猕猴PPC可能携带了同类动物的行为信息。为了进一步分析猕猴编码了哪些视频内容,我们在52个变量条目上对视频逐帧进行文本标注,再使用LASSO进行特征提取。结果发现,可见的生殖器特征,尤其是雄性猕猴生殖器显著影响灵长类神经元的信息表征。为了考察猕猴选择性注意对PPC神经元编码的影响,我们控制分析了猕猴G每一个注视点的目标和神经发放。结果发现,猕猴在观看同类活动时有更多的注视次数,当注视目标在同类动物身体时,有更高的神经放电频率。该结果进一步验证了猕猴PPC神经元对同类活动进行表征。最后,为了讨论PPC神经元如何在时间序列上将不同属性的内容整合成为事件,我们从单个神经元角度,以1s时间窗为单位,逐渐增加解码时间。结果发现,单个神经元的解码准确率随着时间累积逐渐增高,说明单个神经元的活动在时间上逐渐累积视频信息。另一方面,群体神经元的活动能以高于随机水平的1s时间窗为单位分割视频片段。综上,本研究结果表明,猕猴在重复观看视频时,PPC神经元不仅加工视觉初级特征,而且编码高级社会信息,并进一步通过单个神经元和群体神经元的活动对视频内多种特征加以整合。
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