正二十面自组装体的弹性能量理论及视觉搜索中缺失特征的显著性研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:suxiaohua
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本文的工作分两部分:   第一部分正二十面自组装体的弹性能量理论   自然界中最常见的自组装体对称结构就是正二十面体,例如大多数病毒衣壳具备正二十面体对称结构;表面活性剂在一定的实验条件下自组装为正二十面聚合体;而DNA聚合物也具有正二十面体对称性等等。为什么这些纳米或者微米量级的自组装囊泡具备正二十面体对称结构?为了解决这个具有挑战性的问题,很多知名科学家分别从几何堆砌,能量以及热动力学的角度探索了正二十面自组装体的形成原因,但是其机理尚未被人们所完全了解。在这篇论文中,我们根据Lenosky等提出的描述纳米量级石墨烯弹性能量的网格模型,并结合正多面体的几何特征,得到具有多面体对称结构的自组装体的弹性能量,证明在保持表面积不变的情况下,正二十面体相对其他四种正多面体具备最小的弹性能量,是最稳定的正多面体对称结构。其次,通过比较具有同样表面积的正二十面体和球体的弹性能量,得到当球体的半径R和组成正二十面体的子单元间距a的比值小于6时,球体变形为正二十面体,利用此结论估算出的病毒衣壳尺寸和实验测得的正二十面体病毒衣壳大小一致。另外,由于将Lenosky的网格模型连续化得到关于连续体的弹性能量表达式和经典的板壳理论表达式形式上一致,所以本文认为将描述经典板壳理论的力学性质,如杨氏模量,弹性模量之间的关系等,来描述纳米或者微米量级的自组装体是具有一定合理性的,在此部分的最后将简要讨论正二十面组装体的一些力学特性。   第二部分视觉搜索中缺失特征的显著性研究   视觉搜索图片由很多特征项组成,当其中的一项(称其为目标项)拥有其他项都没有的特征,或者缺失其他项都拥有的特征,那么此项比较显著容易吸引注意力,在目标项缺失特征的情况下显著性相对弱一些。传统的观点认为缺失特征项所在位置的显著与否取决于本身的显著性。但是如果根据新近提出的初级视觉皮层的显著理论,一个位置的显著性是由其引起的初级视觉皮层的最大神经元发放率决定的,那么当图片中某位置缺失一特征时,此特征不能引起神经元的反应,同时又将该位置其他特征减弱,对该位置其他特征反应的神经元发放率也会很弱,那么缺失特征的目标项并不显著,唯一可能是周围的项显著吸引注意力到目标项上。具体来说,由于初级视觉皮层中神经元之间的相互作用:例如同方向抑制作用,交叉抑制作用,共线增强作用等等,视觉图片刺激特征的缺失减弱了对周围具有此特征视觉刺激反应的神经元的抑制作用,使得周围的图片项更显著。如果是周围项的显著度决定缺失特征项是否容易被注意到,那么改变周围项的视觉输入强度则可以改变搜索缺失特征项的难易度,即改变搜索特征缺失项的反应时间。我们通过测量在很多十字组成的背景中找唯一单独一条棒(目标棒只具有十字项中的一个方向特征,缺失另一方向特征)的反应时间来验证上述理论预测。当目标棒的对比度足够低,继续减弱目标棒的对比度时反应时间不再降低说明这种情况下目标棒引起的神经元反应不能决定目标是否显著而吸引注意。而改变周围十字中朝向不同的两根棒对比度能改变搜索目标的时间,证明是周围十字项最显著吸引注意从而看到目标项的。因此我们认为缺失特征项明显仅仅是搜索到目标之后的认知感受,并非初级视觉皮层反应中最显著的项,从而验证了初级视觉皮层显著性理论的正确性。  
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