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唐世明课题组在eLife发表论文揭示猕猴初级视皮层神经元对自然刺激的超稀疏表征

brainnews2019-04-04 23:48:50


来源:北京大学IDG麦戈文脑科学研究所



大脑感觉系统信息处理的一条基本原则,是通过减少冗余来提高编码效率,感觉神经元表征的稀疏性也就反应其编码效率。但是长久以来,由于缺乏有效的技术手段,对感觉皮层神经元群体编码的稀疏性一直缺乏准确的定量研究,这很大程度上限制了人们对感觉皮层编码机制的理解。



唐世明研究组利用清醒猴双光子成像技术(Neuron, 2017; Current Biology, 2018),同时观测多达1000个初级视皮层V1神经元对2,250个自然图片的反应,首次实现了猕猴V1神经元群反应稀疏性的直接测量。结果显示,对单个自然图片刺激,平均仅有千分之五的V1神经元有较强的反应,这比以往利用传统技术、通过间接估算出的V1稀疏性高一个数量级。合作者卡耐基梅隆大学Tai Sing Lee通过分析发现,利用这些稀疏的强反应能以较高精度解码自然图片。



这一研究成果表明,初级视皮层V1使用了超出传统理论预测的、更稀疏、更高效的编码方式,这将迫使我们重新思考大脑视觉信息处理的基本原理。



该项研究得到北京大学-清华大学生命科学联合中心、国家自然科学基金( 317301093、0525016)、北京大学985工程项目、国家重点研发计划(2017YFA0105201), 北京市科委项目资助。





图1,猕猴初级视层对自然图片刺激的超稀疏表征。(a, b)任意单个自然图片通常只能较好激活少数几个细胞,虽然这些细胞都是可以被适当刺激很好激活的(c)。(d, e)单个刺激激活的神经元群体反应强度的分布。(f, g)单幅图片平均能较强激活0.5%(6/1,225,4.1/982)的V1神经元。




论文详情:https://elifesciences.org/articles/33370