研究方向:视知觉脑机制和视觉再生与重塑

  灵长类视觉系统有两大基本功能,形觉认知和运动感知。灵长类视觉系统通常可被描述为一个从视网膜出发,从低级到高级,由各个不同等级的视觉皮层组成的环路结构。低级视觉皮层(V1/V2)具有较小的时空整合感受野,偏好对局部视觉信息起反应。而高级视皮层(V4/IT,MT/MST)神经元均具有较大的感受野,具备整合较大视野内的视觉元素和信息,从而完成整体视觉感知和认知功能。本课题组通过对整体方位轮廓以及整体运动感知的研究,探索大脑不同视皮层区域是如何分工协作,对不同视觉信息进行加工处理的, 揭示从局部?整体或从整体?局部的视知觉整合脑机制。

  视觉损伤与修复(包括人工机器视觉)是全球临床眼科学和视觉科学重大前沿热点课题。最近兴起的光遗传学技术在小鼠视网膜上成功激发了感光反应,但是还远没有达到视觉功能的修复,与此相关的许多基础眼科和视觉科学问题还没有解析清楚。本课题组以非人灵长类为模型,开展新兴视觉修复技术的基础神经机制和临床应用研究,致力于视觉损伤的修复和视觉重塑。

  研究内容:

从局部整体或从整体局部的视知觉整合脑机制:灵长类视觉系统如何从简单局部视觉信息,一步步逐级整合抽提进而形成整体视觉感知的脑机制,这一视觉科学研究的中心问题,至今不很清楚。本课题组致力于1)利用具有不同局部和整体视觉信息的视觉方位和轮廓刺激,研究和揭示从V1,V2到V4的视觉方位和轮廓整合脑机制;2)视皮层MT区是大脑中负责抽提和整合视皮层V1和V2上行投射的视觉运动信号,并向更高级皮层MST区投射。研究和揭示视觉运动信号是如何在运动感知通路尤其是MT/MST区进行抽提和整合的神经环路机制;3)灵长类具有极高的视觉空间分辨和物体识别能力,即精细视觉。已知V1神经元具有很小的时空感受野,因而空间分辨率最高,而V4及以上脑区,神经元普遍具有较大的感受野和较低的空间分辨率。研究各个脑区视觉空间分辨与局部整体(course-to-fine/global-to-local或vice versa)视觉信息整合的关系,揭示精细和整体视觉信息跨视皮层编码和整合的脑机制。

  知觉填补和错觉形成的脑机制:揭示视觉错觉(Visual Illusions)和填补(Perceptual Filling-in)现象的视皮层机制和神经基础是视觉科学家们长期的艰巨任务之一。本课题组采用经典视觉电生理,脑功能成像,和神经调控等技术方法,探索不同视知觉填补和错觉产生的视皮层神经机制,以及高级皮层的下行反馈在不同视知觉填补和错觉形成中的功能作用。揭示整体错觉轮廓图形以及整体错觉运动感知的脑机制,也是研究从局部整体或从整体到局部的视觉整合脑机制的一个重要窗口。

  视皮层反馈和大脑预测编码机制:大脑视觉皮层,在形成神经突触的数量和连结上,神经元下行反馈(Feedback projection)要远远大于上行投射,这些Top-down视觉反馈在大脑预测编码理论(Predictive coding)中可能起到关键作用,尤其是在局部到整体的视觉感知和物体识别过程中;揭示这些巨大的广泛分布的神经反馈的功能连接以及它们如何参与调控和整合上行视觉信号投射的脑机制,是当前视觉科学的重大挑战。

  视觉损伤与修复:视网膜色素上皮变性和视网膜黄斑变性等视网膜疾病,造成了光感受器细胞的死亡,是临床上最常见的致盲原因之一。利用猕猴视网膜进行光感病毒在不同类型视网膜细胞上的急性转染,建立光感受器细胞急性和慢性漂泊致盲猕猴模型,探索和研究特定激发波段激光刺激双极或神经节细胞,是否能够在视皮层群体和单细胞水平上引起方位和方向选择性功能反应,这是视觉修复和重塑的基础和前提。因此本课题组致力于光遗传学视网膜修复和视皮层功能再生的研究。

王 伟 博士

研究组组长;高级研究员