行為猴視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)大范圍特征和局部特征的并行分化處理.pdf

1、理解視覺(jué)系統(tǒng)如何處理從視網(wǎng)膜而來(lái)的外界圖像信號(hào)進(jìn)而認(rèn)知事物一直是神經(jīng)科學(xué)一個(gè)非常重要的問(wèn)題。在過(guò)去五十多年里，行為學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)和計(jì)算科學(xué)的研究給人們展示了一條經(jīng)典的視覺(jué)信息處理的模型:視覺(jué)系統(tǒng)在早期視覺(jué)通路中通過(guò)一系列特征信息處理提取視覺(jué)信息中的各種局部特征(Local features)信息，在視覺(jué)后期通路中將這些信息整合成大范圍特征(Global features)信息。然而，這一通行的模型受到越來(lái)越多證據(jù)的挑戰(zhàn)，這些證據(jù)發(fā)現(xiàn)視覺(jué)

2、系統(tǒng)對(duì)大范圍特征比局部特征更加敏感。例如，視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)于大范圍特征上圓環(huán)與圓形的差別（一個(gè)含洞或是不含洞的連接元件）比局部特征上方形和圓形的差別（一個(gè)是否含有角，直線邊的連接元件）更加敏感。
　　本課題的目標(biāo)是建立一個(gè)非人類(lèi)的靈長(zhǎng)類(lèi)模型，以探索視覺(jué)系統(tǒng)感知大范圍特征和局部特征的特性。恒河猴被訓(xùn)練學(xué)會(huì)從干擾項(xiàng)中找出一個(gè)Oddball目標(biāo)（顏色信息（紅色）、局部特征（方形）、大范圍特征（圓環(huán)）以及彼此間的整合圖形）。通過(guò)掃視眼動(dòng)反應(yīng)時(shí)來(lái)

3、評(píng)估恒河猴對(duì)顏色信息，局部特征和大范圍特征間的差別。設(shè)計(jì)了四個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)探索視覺(jué)系統(tǒng)如何處理大范圍特征和局部特征。
　　實(shí)驗(yàn)一包含四部分實(shí)驗(yàn)，一個(gè)主實(shí)驗(yàn)和三個(gè)對(duì)照實(shí)驗(yàn)。相較于經(jīng)典模型的預(yù)測(cè)結(jié)果，在主實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)了恒河猴感知以圓環(huán)為代表的大范圍特征的速度要顯著快于感知以方形為代表的局部特征的速度，然而與感知紅色信息的速度相近，表明視覺(jué)系統(tǒng)可能直接從外界視覺(jué)信息中抽取出某些大范圍特征而不是通過(guò)整合局部特征而得到的;對(duì)照實(shí)驗(yàn)一中進(jìn)一步了解

4、到主實(shí)驗(yàn)的結(jié)果在Oddball目標(biāo)于4°視角時(shí)的結(jié)果要優(yōu)于其在7°視角的結(jié)果，暗示了視覺(jué)系統(tǒng)在中央視野區(qū)感知大范圍特征信息可能更加敏感;對(duì)照實(shí)驗(yàn)二的結(jié)果，主實(shí)驗(yàn)中感知以圓環(huán)為代表的大范圍特征較快的結(jié)果與Oddball和干擾項(xiàng)光通量的差異沒(méi)有明顯相關(guān)性;對(duì)照實(shí)驗(yàn)三的結(jié)果表明視覺(jué)系統(tǒng)快速感知紅色信息可能僅是一個(gè)特例，對(duì)于其他顏色（綠色，黃色和藍(lán)色）的感知并沒(méi)有相對(duì)較快的反應(yīng)。
　　實(shí)驗(yàn)二試圖研究目標(biāo)Onset效應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)一的主實(shí)驗(yàn)結(jié)果的

5、影響。目標(biāo)Onset效應(yīng)對(duì)于感知以圓環(huán)為代表的大范圍特征沒(méi)有明顯影響，有無(wú)目標(biāo)Onset效應(yīng)時(shí)感知圓環(huán)的掃視眼動(dòng)反應(yīng)時(shí)沒(méi)有顯著性差別;而目標(biāo)Onset效應(yīng)對(duì)于紅色信息則有較大影響，在沒(méi)有目標(biāo)Onset效應(yīng)的情況下視覺(jué)系統(tǒng)感知紅色信息的速度明顯下降，說(shuō)明快速的紅色信息感知速度很可能與目標(biāo)Onset效應(yīng)有關(guān);同時(shí)目標(biāo)Onset效應(yīng)對(duì)于感知以方形為代表的局部特征的影響較為復(fù)雜，兩只恒河猴的表現(xiàn)不一。
　　實(shí)驗(yàn)三中進(jìn)一步研究顏色信息分別與

6、以圓環(huán)為代表的大范圍特征和以方形為代表局部特征的相互作用。一系列的結(jié)果表明以圓環(huán)為代表的大范圍特征可以加速視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)顏色信息的感知與處理，而以方形為代表的局部特征對(duì)于顏色信息的感知與處理的作用則比較復(fù)雜。這一結(jié)論也從另一角度說(shuō)明視覺(jué)系統(tǒng)處理以圓環(huán)為代表的大范圍特征和以方形為代表的局部特征的方式和特性有所不同。
　　最后，實(shí)驗(yàn)四中進(jìn)一步試圖探索以圓環(huán)為代表的大范圍特征和以方形為代表局部特征之間的相互影響。發(fā)現(xiàn)，以圓環(huán)為參照物，如果圓

7、環(huán)的內(nèi)部形狀變?yōu)榉叫?，掃視眼?dòng)反應(yīng)時(shí)可能會(huì)增加，則意味著視覺(jué)系統(tǒng)感知和處理圓環(huán)信息會(huì)變慢;而如果圓環(huán)的外部形狀變?yōu)榉叫危瑨咭曆蹌?dòng)反應(yīng)時(shí)可能會(huì)減少，則意味著視覺(jué)系統(tǒng)感知和處理圓環(huán)信息會(huì)加速。同時(shí)，這些結(jié)果也表明了以圓環(huán)為代表的大范圍特征和以方形為代表局部特征之間相互作用的復(fù)雜性。
　　以上這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，視覺(jué)系統(tǒng)感知和處理視覺(jué)信息中某些大范圍特征（如圓環(huán)）可能與感知和處理局部特征（如直邊、角等）是相互獨(dú)立的，并不僅僅是通過(guò)對(duì)局部特