视觉神经生理学 概论

鼻侧的一半视神经纤维交 叉到对侧的外侧膝状体， 另一半不交叉的视神经纤 维各自直达同侧的外侧膝 状体。视网膜左半边的信 息，到达左侧的外侧膝状 体，视网膜右半边的信息， 到达右侧的外侧膝状 体。
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3.3.5 视皮层
视皮层（视觉中枢）位于大脑左右两半球的后部，它相 当于Brodmann大脑机能分区定位图的17区，以及部分18区 和19区。狭义而言，只有17区才称为视区。
• 心理物理学的先驱是G. T. Fechner（1801-1887）。
• Fechner通过对感觉强度与刺激强度之间的数量关系
的长期研究，发展出了测量感觉的基本方法。
• 1860年，他发表了《心理物理学纲要》一书，为心理
物理学研究方法的发展奠定了基础。
感觉阈限的测量
– 感觉阈限
绝对感觉阈限
差别感觉阈限
？
注视点
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3.2.1 视细胞
视细胞：视网膜上的光感受细胞，分为 视锥与视杆细胞
视色素 外段 内段
700 万个
核部 突触 （a）视锥细胞
1.2 亿个
（b）视杆细胞
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视杆细胞 约1.2亿个
视锥细胞 约700万个 每平方毫米 约14~16万个
3-00
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视神经盘面积仅为2.280.61mm2。
2~3mm2
100万根
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视神经纤维长度？ 10-厘米量级
最长的神经纤维长度？ 坐骨神经—1.2 m
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神经细胞间的信号传递
神经细胞
Axon Nerve cell Dendrites
树突 Dendrites
突触
轴突 Axon ～ 神经纤维 nerve fiber
– 感觉阈限测量的方法
测定阈限的实验特点 最小变化法 特别注意这三种方法的 恒定刺激法 实验程序和实验结果的 平均差误法 统计处理。
绝对感觉阈限（1）
• 刚刚能引起感觉的最小刺 激强度被叫做绝对阈限 （absolute threshold）。 • 按照这种说法，低于绝对 阈限的刺激强度我们总是 感觉不到的，而高于绝对 阈限的刺激强度我们总是 能感觉到的。
中心视野颞侧15.5处为生理盲点。
飞蚊症？ 视野中移动的黑点和黑区等
3-2
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3.5.2 周边视野
周边视野：中心视野以外的视野，广义地，眼睛注 视某一点时的整个范围，也称球面视野。 分为单眼视野和双眼视野（可达124视角）， 又分为静态视野和动态视野。
视野检查作用： 早期诊断视网膜 脱落、青光眼、 偏盲、黄斑部病 变等
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视觉科学的主要研究方法
• • • • 一、形态学方法 免疫荧光组织化学染色 原位杂交 激光共焦显微镜
•
• • • •
二、生理学方法
细胞外记录技术 细胞内记录技术 膜片钳技术 光学记录技术
•
•
记录神经元活动的其他无创伤技术
三、分子生物学方法
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经典的视知觉研究方法
• 心理物理学简要历史回顾
19
18 17
41/ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ00
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敲击后脑，为何会眼冒金星？
敲击视皮层产生的电脉冲与 实际看到星星时一样
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视 区
大脑视皮层（视中枢）
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视皮层(视中枢)的信息处理
视神经一部分直接到达中脑上丘，完 成瞳孔对光的生理反射。主动、被动 来自视觉通路的信息，到达位于大脑左右半球 后部的视皮层(视中枢)，Brodmann大脑机能定 定位图的17区，部分18区和部分19区。 视觉中枢神经细胞：圆形对称型细胞 简单型 细胞 复杂型细胞 超复杂型细胞 教皇细 胞。
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身高1.6米的人站在20米远处，其在观察者 视网膜上的像的高度约为多少？
1.6 m
1.6mm
20 m
0.02 m
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相距20米的两个人，能够互相看清楚 对方的眼睛吗？
3-0
视觉光学系统—眼睛像尺寸约25m，4’视角
视觉神经生理学系统—视锥细胞直径2~4m
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视觉的形成过程示意图
视细胞及其功能(分工)比较表
视 细胞 视锥 细胞 视杆 细胞 形态 数量 分布 视色素 功能 主管 视觉
锥状 700万 黄斑 紫蓝质 分辨颜 明 色细节 视觉 区
不能… 周边 杆状 1.2亿 紫红质 光敏感 区 运 动
暗 视觉
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视 细 胞 的 光 反 应
无脊椎动物 （去极化）
脊椎动物 （超极化）
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3.3 视觉通路
视觉通路：由视神经、视交叉、视束、外侧膝 状体、视放射、视皮层(视中枢)组成。
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视觉通路（Visual pathway）
视神经 视交叉 视 束
外侧 膝状体
视放射 视皮层
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3.3.1 视神经纤维
视神经纤维：神经节细胞的轴突，人眼平均视神经纤维数 为(10.081.61)105，视神经纤维平均直径0.990.04m，
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相关技术——脑电图的检测
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脑 电 波 控 制 …
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眼电图（EOG） 测量视网膜静息电位。 视网膜电图（ERG） 测量视网膜对光刺激产生的梯度反应。 视觉诱发反应（VER）
测量视区皮质对视觉刺激引起的电反应。
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实例：视觉诱发反应综合测试 请读出字的“颜色”，而不是字的“发音”
（操作性定义，与绝对阈限的定义对比）
• 最小变化法又称极限法(limit method)、序 列探索法(method of serial exploration)、 最小可觉差法（或最小差异法）(method of least difference)等，是测量阈限的直接 方法。
• 最小变化法的特点是：将刺激按递增或递减 系列的方式，以间隔相等的小步变化，寻求 从一种反应到另一种反应的瞬时转换点或阈 限位置。
时速40公里时，90度～100度；反应距离12米。 时速60公里时，80度～90度；反应距离17米。 时速80公里时，60度～70度；反应距离22米。 时速100公里时，<40度；反应距离28米。
时速140公里时，<20度？反应距离39米。
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人眼的动态视野与速度之间的关系
晶状体
视 皮 层
视神经 角膜 视网膜
视觉通路
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3.2 视网膜的信息传递
外界光线经眼球光学系统投射到视网膜上，由 视网膜的视细胞将光信号转换成电信号，并经双 极细胞、神经节细胞和视神经纤维将信号传递出 眼球，再逐级传递到视皮层形成视觉。
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视网膜的“倒长”结构
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生理盲点
增减系列 交替进行
每一系列结 束的标志
刺激的增减比 阈限值 较小，且相等 的计算 每一系列 的起始点 不一样
增减系列 交替进行
每一系列结 束的标志
刺激的增减比 较小，且相等
各项值 的计算 每一系 列的起 始点不 一样
标准刺激：0.4″的持续时间
• 不肯定间距（IU）（相等地带）
＝上限（Lu）- 下限（Ll）
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人 类 的 双 眼 视 野

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离金茂大厦多远 才能看整体？
金茂大厦 88层 高420.5米
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在什么情况下，可就近 将金茂大厦完整呈现在视野中
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人眼动态视野与速度的关系
在静止状态下，160～180度；
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3.3.3 视束
视束：视交叉与外侧膝状体之间的那段视神经纤维束，称 为视束。右侧视束由来自右眼颞侧的视神经和左眼鼻侧的 视神经组成；左侧视束由来自左眼颞侧的视神经和右眼鼻
侧的视神经组成。
视束的损伤可能 导致偏盲 （hemianopsia）
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3.3.4 外侧膝状体及视放射
外侧膝状体是视觉的皮质下中枢，位于大脑脚外侧，视 丘枕的下外面，为间脑（后丘脑）的一部分， 视觉信息在 此进行中继转换 。视放射是来自外侧膝状体的神经纤维。
报告有感觉 实际有感觉
递减系列，阈限值变小 （T1 ）
递增系列，阈限值变大
（T2 ）
交替使用 如T2显著大于T1时，则认为被试存在习惯误差。 递增和递 减系列 (ABAB)
近视眼：平行光线聚焦在视网膜前
O
O’
倒立像？
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第三章 视觉神经生理学系统
3.1 视觉神经生理学系统概述
3.2 视网膜的信息传递
3.3 视觉通路与视皮层 3.4 视觉电生理
3.5 中心视野与周边视野
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3.1 视觉神经生理学系统概述
视觉系统，包括从角膜到视 网膜的视觉光学系统，以及从 视网膜到视皮层的视觉神经生 理学系统两大部分。
• 这样的定义不能对阈限进 行测定
绝对感觉阈限（2）
有50%的次数能引 起感觉，50%的次数 不能引起感觉的那一 种刺激强度，称为绝 对感觉阈限。
（操作性定义）
差别感觉阈限（1）
差别阈限也称最小可觉差（just
noticeable difference，j.n.d），指有50% 的次数能觉察出差别，50%的次数不能 觉察出差别的刺激强度的差别。
最小变化法（minimal-change method）
最小变化法测阈限（1）
最小变化法的刺激由递减和递增 的两个系列组成，每次呈现刺激后让 被试报告是否有感觉。刺激的增减应 尽可能地小，目的是系统地探求被试 由一类反应到另一类反应的转折点， 即在多强刺激时，由有感觉变为无感 觉，或由无感觉变为有感觉。每个系 列的转折点就是该系列的绝对阈限。
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感受野
光敏面
光照
视细胞、双极细胞、神经节细胞的电反应
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3.3.2 视交叉
视交叉：来自鼻侧的那部分视神经进行交叉，其信息最终 到达对侧的那一半大脑视皮层。
人
类：半—半交叉
一般动物：部分不交叉 低等动物：完全交叉 功效和用途： 有共同的视野 立体视觉等
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视网膜的结构与信息传递，光线方向？
Photoreceptor
视 细胞
双极 细胞 神经 节 细胞
水平 细胞 无足 细胞
Horizontal cell
图3-6，删此神经节细胞 Bipolar cell
Amacrine cell
Ganglion cell
视 神经
Optic nerve
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视细胞在视网膜上的位置
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视锥细胞对颜色的感知
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3.2.2 视网膜的细胞连接
纵向连接：视细胞——双极细胞——神经节细胞 横向连接：水平细胞、无足细胞（有利于运动视觉）
视杆细胞
视锥细胞
双极细胞
神经节细胞
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横向信息交流
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• 主观相等点（PSE）= 1/2 * （Lu + Ll） • 差别阈限（DL）=1/2 *（Lu - Ll）
最小变化法可能存在的误差 p84
当用最小变化法进行实验时，被 试会产生
习惯误差——期望误差 练习误差——疲劳误差
（期望误差的情形恰好相反） 习惯误差
实际无感觉 报告无感觉
a b
b a
视觉神经生理学 概论
王艺 副教授（MD.phD） 泰山医学院眼视光系主任 泰山医学院眼视光研究所所长
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实践：观察(或拍摄)瞳孔直径变化
你看了吗?
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复习：视觉光学系统的结构
角膜、房水、(瞳孔)、晶状体、玻璃体、(视网膜)
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远视眼：平行光线聚焦在视网膜后
O Why? O’ 正立像？
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毒品与中毒？
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视神经纤维的传输速率
单根视神经的传输速率：5 Bit/s（报道数据） 单眼视神经的传输速率：5 MB/s（报道数据） 如果这样计算 每秒25帧 分辨率1280*720 RGB三色 看电影时视觉 每秒传输GB量级 Why？
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信息整合
复杂而有序
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视觉 通路
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简单细胞
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复杂细胞
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超复杂细胞
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3.4 视觉电生理
把微电极插入活体动物的视网膜或视神经， 记录在一定光照下产生的电信号的方法，称为视 觉电生理。（实际操作时，并非将电极插入）
眼电图（EOG）
视觉电生理
视网膜电图（ERG） 视觉诱发反应（VER）
红橙黄绿青蓝紫
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3.5 视野—中心视野与周边视野
视野
眼睛所看到的范围。视野分为周边视野(球面 视野)与中心视野(平面视野)。 特点：上下窄，水平宽。
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3.5.1 中心视野
中心视野：围绕注视点30视角内的视野，也称平面 视野。 其中： 黄斑部的视野范围约为5，
中央凹的视野范围约为120’，