视觉神经编码

视觉神经编码
美国神经科学家破译人类大脑内的视觉编码
发布: 2005-11-09来自: 中国科技信息阅读数：10089次
据PhysOrg网2005年11月4日消息，来自美国麻省理工学院麦克高文（McGovern）研究院的神经学家James DiCarlo 和Tomaso Poggio发明一种新的方法，可以破译出人类大脑内涉及视觉对象认知的那部分编码。

如果将这一新破解密
码应用于实践的话，人造视觉系统就有可能采用计算机的运算法则了。

Poggio指出：“我们希望了解人类大脑是如何产生智力的，人类怎样认知视觉对象的能力是其中最为复杂的一个。

我们都认为这一行为是理所当然的，因为它总是在无意识的情况下自动产生。

”
在极短的时间内，关于某个物体的视觉输入就能从视网膜通过越来越高层次的视觉码流到达下颞叶皮质（inferotemporal (IT) cortex），期间不断转换视觉信息。

下颞叶皮质确认该视觉对象，然后进行归类并将信息传达到大脑的其他区域。

为了探测下颞叶皮质如何格式化视觉输出，研究人员训练猴子来认知不同种类的不同物体，如脸、玩具和车辆等。

这些图像将以不同大小出现在视觉场的不同位置。

随后研究人员记录针对同一个视觉对象在各种不同情况下，数百个下颞叶神经细胞会产生大量不同的下颞叶神经模式。

接着研究人员利用一种称为“分类”的计算机运算法则进行编码译解，每一个视觉对象都有一个对应的神经信号模式。

研究发现，每个神经信号中包含有认知某一对象的详细信息，甚至是位置和大小。

数百个下颞叶神经细胞在如此短的时间内就能包含这么多精确的信息，的确是令人惊讶的。

如果能够同时记录下更多神经细胞的话，研究人员就能找出更多隐藏在神经模式后的编码了。

科学家在果蝇幼虫视觉神经系统研究中获进展
2011年09月14日10:37生物通我要评论(0)
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[导读]研究人员发现果蝇幼虫视觉系统中，感觉的变化能诱导大量突触后神经元中树突分支结构改变，以及随之而来的生理变化。

来自加州大学旧金山分校的研究人员介绍了他们在果蝇幼虫视觉神经系统中的新发现，并提出了神经细胞随着环境变化而发生的两个关键因素：cAMP途径，以及另一之前未知的新分子。

这一研究成果公布在《科学》杂志上。

领导这一研究的是著名的詹裕农（Yuh-Nung Jan）叶公杼（Lily Yeh Jan）夫妻，他们的主要研究方向是离子通道和神经发育等方面，不仅他们的工作得到了许多人的肯定，并且从他们实验室中也走出了多位华人科学家，其中包括获得
Science杂志“青年科学家奖”的时松海，哥伦比亚大学杨建，麻省理工学院的沈华智和北京大学生命科学学院院长饶毅等等。

神经生物学研究中的一个重要方向就是了解生物是如何建立和维持可靠，并灵活的神经环路的，神经系统能够随着环境的变化而变化，同时还能通过补偿机制，维持其稳定性，比如突触动态平衡。

在这篇文章中，研究人员发现果蝇幼虫视觉系统中，感觉的变化能诱导大量突触后神经元中树突分支结构改变，以及随之而来的生理变化。

而且研究人员还通过遗传学分析，发现突触后神经元树突多态性中依赖于环境的变化，能由cAMP 和另外一中未知的细胞表面分子进行调控。

这对于深入了解神经系统随着环境变化而变化的机制提供了新的资料。

这一研究组曾以果蝇这种模式动物为基础，获得了多项重要的成果，之前他们还发现了果蝇幼虫的新奥秘：果蝇幼虫的整个体壁都覆盖着能够感应蓝光和紫外线的神经树突，这些神经元所采用的光传导机制与其他果蝇光受体分子截然不同。

生物与光线关系颇为密切，生物趋光性就是生物对光刺激的趋向性，比如在植物界，具有叶绿体的游走性植物中常可发现，动物也有趋光性，在没有感受器分化的动物如草履虫身上有所表现，但是多数动物是通过眼来感光的，不过像是果蝇幼虫的避光行为是感受光信号的初级感觉神经元和次级视觉信息处理神经元的信号传递处理行为。

这种存在眼睛外的光感应在很多动物中普遍存在，不过通常局限于专门的器官。

研究人员发现果蝇幼虫的整个体壁都覆盖着能够感应蓝光和紫外线的神经树突，这些是其幼虫的先天避光行为所必需的。

这些神经元所用的光传导机制与其他果蝇光受体分子截然不同，但却与在线虫神经元中所发现的一个系统相似，果蝇的这一机制有助于果蝇的自身保护。

（来源：生物通万纹）
破解视觉拥挤效应的神经机制
复旦大学附属眼耳喉科医院眼科和美国明尼苏达州大学眼科的研究者在1月8号的《当代生物学》（Current Biology）发表视觉研究新文章。

领导该研究的通讯作者是明尼苏达州大学何昇教授（Sheng He），另一位通讯作者是复旦大学孙兴怀教授，刘婷婷（Tingting Liu）和蒋亦（Yi Jiang）为并列第一作者，刘婷婷是复旦大学博士生，现在明尼苏达州大学做访问学者。

蒋亦为何昇教授的博士研究生。

普遍存在的视觉拥挤效应的神经机制一直没有被破解。

在脑半球中，来自两侧眼半球的刺激不产生不同的脑半球效应。

在本研究中，研究者发现一个强烈的视觉拥挤现象存在于眼Gabor或是研究水平线附近。

有趣的是，视觉目标出现在眼球中间线的时候皮层附近的视觉系统会产生一个错误的效应，与皮层远侧的视觉目标的拥挤效应要严重。

研究结果表明，皮质基因座与视觉拥挤有关联。

（来源：生物通）
资料：
1、科学家破解与视觉有关的大脑信号，标志着能够展示心智图像（mental images）的“读心机”向变成现实又迈进了一步。

新浪科技讯北京时间5月20日消息，科学家18日表示，破解与视觉有关的大脑信号，标志着能够展示心智图像(mental images)的“读心机”向变成现实又迈进了一步。

英国格拉斯哥大学的研究人员向6名志愿者展示一些人的面部照片，这些照片的表情各不相同，例如高兴、恐惧和吃惊。

在一系列试验中，这些图片的部分被随机遮盖住，例如只能看到眼睛或嘴巴。

然后让参与者判断照片上的人物表情，与此同时，研究人员在志愿者的头皮上安装了电极，用来检测他们的脑电波。

科学家发现，根据看到的部位，试验参与者的脑电波发生很大变化。

频率是12赫兹的“β”波携带的是与眼睛有关的信息，而频率是4赫兹的“θ (theta)”波携带的是与嘴巴有关的信息。

负责这项研究的菲利普•斯基恩斯教授说：“这就如同解锁一个扰频电视频道。

最初我们只能发现信号，但却看不到内容。

现在我们已经能看到内容了。

大脑如何解码视觉信息，让我们识别面部特征和感觉的，这个问题一直是个谜。

”
斯基恩斯说：“虽然在执行特殊任务时，我们能发现特定大脑部位的电波活动，但是我们并不清楚这些脑电波携带的是什么信息。

”现在我们正在寻找破解脑电波的方法，以便识别它们携带的信息。

他表示，该研究显示了大脑是如何调整不同的脑电波模式、解码不同视觉特征的。

“这有点像无线电波解码不同频段的电台。

这一工作对人机界面的研发具有巨大意义。

”该研究成果发表在《科学公共图书馆：生物》杂志上。

(任秋凌)
2、柏林伯恩斯坦中心研究神经科学计算机应用的研究人员利用改进了的核磁共振仪扫描志愿者的前额皮层，然后经过一阵啾啾啾，机器就能猜出被扫描的家伙心里在想啥。

[1]为这一项技术感到震惊或者愤怒的各位，对新知充满渴望的各位，稍安勿躁，请看我们对前文“啾啾啾”的详细阐述：
实验是这样的，志愿者会得到两个数字，他们要在心里——哦，实际上是脑子里——决定对两个数字是进行加运算还是进行减运算，而机器通过扫描志愿者的脑部活动，就能做出判断，判断志愿者是做的＋还是－。

为了继续降低这台机器的神奇色彩，我们很愿意继续指出，为了让机器做出判断，实验前，志愿者必须提供确定的两次脑部活动，一次＋，－次－，给机器学习。

3、早在1857年，英国的一位青年生理科学工作者卡通（R.Caton）在兔脑和猴脑上记录到了脑电活动，并发表了“脑灰质电现象的研究”论文，但当时并没有引起重视。

十五年后，贝克（A.Beck）再一次发表脑电波的论文，才掀起研究脑电现象的热潮，直至1924年德国的精神病学家贝格尔（H.Berger）才真正地记录到了人脑的脑电波，从此诞生了人的脑电图。

4、与上述脑的自发电位（EEG 、electroencephalography）不同的是，人脑可
人为诱发出一种脑电变化，如心理事件或认知事件诱导出的脑电位变化，被称作事件相
关电位（ERP、event-related potential），亦称为认知电位。

事件相关电位一般都比自发
电位微弱，这些微弱的信号常常被淹没在自发电位中难以觉察。

要提取这些信号，可以
对被试者多次进行事件刺激，每次都会产生一定的微弱信号，再通过计算机将含有这些
微弱信号的自发电位进行叠加和平均化处理，由于自发脑电的波形与刺激间没有固定关
系，但每次由相同事件诱发出的电位的波形则是一致的，这样，相同的诱发出来的电位
就会叠加起来，越来越大，结果与事件相关的电位信号就会从自发脑电的背景中突显出
来，这样就可以记录到事件相关电位。

摘自孙作东着《激活沉睡的脑》一书
5、据英国媒体报道，英国科学家成功研发了一个具有“读心术”功能的电脑程
序，它利用神经影像技术扫描人类大脑，还原并“翻译”人们的记忆。

研究人员找来一组
志愿者，让他们看3段短片后接受电脑扫描，“读心”程序便可还原出志愿者脑子里正在
回想的片段。

伦敦大学学院的神经影像学教授埃莉诺·麦奎尔表示，该程序具有相当高
的成功率，它使得科幻小说里的“读心术”成为可能。

根据《当代生物学》期刊报道，10名志愿者观看了3段7秒钟的短片，短片分别显示3位女性在寄信、扔咖啡杯进垃圾桶，以及汽车的动作。

随后，他们接受仪
器扫描，回忆不同的短片会造成不同的大脑活动，科学家通过识别这些大脑活动来判断
他们回忆的短片内容。

麦奎尔说，目前他们仍未能真正地“读”懂人类的大脑，但通过这
个电脑程序，他们能根据人们的大脑活动预测人们的内心所想和记忆。

这项研究对治疗
因早老性痴呆病、中风和其它疾病造成的失忆症有极大帮助。

随着人类科技的快速进步，对人类进行思维监视的技术已经出现，如果你留心那些科技新闻，会发现很多这方面的线索，诸如现已开发出利用脑波控制的电子游戏，有利
用脑波专门帮助残疾人自动控制的机器，这都表明人类已经可以获得脑波信息，这也导
致大规模入侵人脑侵犯公民隐私事件的发生。

当然，这也会对发现犯罪、惩罚犯罪者有
所帮助。

在每个公民被随意监视的世纪里，我们的思维会被少数统治阶级随意窃取，那些赚取财富的技术与方法，学术性思想，优雅异性的芳心，都可能被少数专权者通过思维监
视的方法获得，这个社会最终会变成一个平民利益受到严重损害，被少数权力贵族统治
的社会，市场资源不会按照人的才华和品格分配，而是都送给了脑波监视和控制者们，
而那些卑鄙无耻的小人利用如此下流的手段来对待自己的同类，这将是人类社会最大的
悲哀！
如果你相信这些，就让我们团结起来，一起向公众宣传来表达我们的无奈，并想尽一切办法来努力改变这些。

（作者：民庸怯则国亡）
视觉重建及视皮层神经假体
Cortical Visual Neuroprosthesis
发布时间：2008-3-26
皮层视觉神经假体是实现神经性失明的重要技术途径，它综合利用微电子技术、图像编码技术、MEMS技术和神经工程技术，通过对图像信号的压缩编码、刺激脉冲调制、图像-视皮层空间映射
等处理，将图像信息转换为刺激脉冲经微电极阵列刺激视皮层，以促使视觉神经兴奋形成视觉。

关键技术包括图像特征提取（Image feature detection）、图像信息压缩编码（Image compression and encoding）、刺激脉冲编码（Stimulation pulse encoding）、视觉神经电生理（Neural electrophisiology of vision）、视觉编码（Vision encoding）、微电极阵列（Microelectrode array）。

目前已经在微电极阵列设计、视皮层电活动检测、图像编码、外层型视网膜植入芯片等方面取得重大进展，在国内外发表相关学术论文10余篇，申请发明专利2项。

Concept of cortical visual neuroprosthesis
Scheme for trans-duramater-stimulation-based visual restoring。