视觉信息经过视觉通路的各级神经元进行加工和处理后，使得人和动物能够感知和辨别外部世界中物体的形状、大小、颜色、亮度、空间位置、运动方向和速度等。在视觉研究不断出现新进展的同时，也存在许多未解决的问题。例如，日常环境的视觉刺激包含多种信息成分，视皮层神经元如何编码以及整合这些具有复杂时空特征的图像信息？本实验室研究外膝体－视皮层环路编码复杂视觉图像的神经机理，以及视觉图像反复刺激引起的视觉学习和神经可塑性的机理。实验技术包括整体动物（猫、大鼠、树鼩）的多电极胞外记录和膜片钳胞内记录、组织形态学、人的视觉心理物理测试等。我们使用Matlab对实验数据进行信号分析。

视皮层对三维空间运动信息的处理机制
        视觉系统的一个重要功能是感知和识别视觉环境中的运动信息。为了获取物体运动或动物自身运动的信息，视觉系统需要分析图像中的多种时空特征成分，包括物体位置的变化、物体大小的变化、双眼视差的变化、光流运动的模式等等。物体趋近或远离观察者运动时，视网膜图像中物体大小的变化伴随着图像频谱成分的变化。本实验室研究初级视皮层（V1区）的神经元如何处理运动图像中的频谱变化成分。我们对白噪声图像进行带通滤波来合成频谱运动图像。我们已观察到部分V1区神经元对频谱运动图像的反应具有显著的方向选择性；方向选择性与神经元感受野的时频结构相关；且方向选择的敏感程度在频谱运动图像或光流运动图像持续刺激后均可发生改变。我们在进一步研究：频谱运动方向选择性是否具有特定的皮层构筑图谱？频谱运动图像反复刺激是否会影响神经元的空间频率选择性？视皮层神经元对视差变化的运动图像是否具有方向选择性？具有视差变化的运动信号如何影响神经元的视差选择性？

感受野的时空频谱调谐特征与自然视觉图像的时空频谱特征的关系
        研究表明，初级视觉系统神经元的反应特点（如外膝体和皮层简单细胞的感受野结构）的形成，可能是为了最有效地编码自然视觉图像信息。为了进一步在时空频谱特征上检验“最有效编码”这一假说，我们测量外膝体神经元的时空感受野，对其进行时空频谱特征的分析，并与自然图像的时空频谱特征进行比较，以期理解外膝体的时空频谱调谐特征在处理自然视觉图像中的作用。

自然视觉图像刺激下的突触可塑性
        活动依赖的突触可塑性可以引起视觉系统的功能发生变化。我们研究自然视觉图像刺激引起的感受野可塑性机理及其生理意义。我们用电影图像作为条件刺激，在条件刺激前后通过局部光点刺激测量感受野，分析感受野在电影图像刺激前后的变化。目前的结果表明，电影图像反复刺激引起的感受野可塑性可能由Hebbian突触学习律介导。我们在进一步研究该可塑性的反应时程以及感受野可塑性与图像时空特征的关系。

视皮层神经元之间的功能连接
        我们使用多电极阵列（96通道）来记录皮层神经元的动作电位（spikes）和场电位（LFP）。测量皮层内神经元之间连接强度的方法，是使用一个通道的spikes和另一个通道的LFP来计算spike-triggered LFP averages。我们使用该技术来研究皮层内的连接强度在动态视觉刺激下是否具有动态可变的特点，以及皮层内连接强度的可塑性。