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神经信息学 考试总结2013


1、描述两条视觉通路。 答:第一视觉通路:视网膜——下丘脑外膝体(LGN)——初级视觉皮层 V1; 到达视网膜的光线经杆体和锥体细胞转换为神经信号,并经视网膜中的神经节细胞 (ganglion cell, GC)加工,传出视网膜.经神经节细胞加工的神经信号,经过视交叉部分地交 换神经纤维后,再形成视束,传到中枢的许多部位,其中包括丘脑的外膝体或外膝核(lateral geniculate nucleus, LGN)、四叠体上丘、顶盖前区和皮层等. 上丘与眼动等视反射有关,顶盖前区与调节反射、瞳孔反射有关,外膝体和视皮层都直 接与视觉知觉有关. 神经节细胞轴突在外膝体换神经元后, 由外膝体神经元直接经放射到视 皮层,这时视束的大部分纤维去向,称为视觉的第一视通路. 视束的一小部分纤维走向内方,经上丘臂,到达上丘和顶盖前区.上丘浅层神经元再透 射到丘脑枕换元后,再透射到视皮层,上丘还有纤维直接透射到视皮层.由于这条通路不经 过外膝体,故称为第二视通路. 第二视觉通路:视网膜——上丘——初级视觉皮层 V1;(忽略) 人们普遍认为,视神经信号主要是通过视觉第一通路到达视皮层,因此,第一视觉通路 在视觉过程中起着主要的作用,而第二视觉通路的作用及其微小,可以忽略不计。 2、简要描述视觉信息加工等级理论。 视觉图像中所包含的各种图形特征是按照从简单到复杂的顺序、沿着从低级到高级的皮 层中枢分级进行加工和提取的。 3、感受野的描述.。 ? 在视觉系统中,任何一级神经元在视网膜上都有一个对应的区域,该区域内的光学 变化可以调制该神经元的反应, 称为该神经元的感受野, 或经典感受野 (Classical RF, CRF) 。 视觉感受野: 是指能够引起某个视觉神经元发生反应的视网膜区域。 视网膜神经节细胞和外 膝体神经元的感受野均呈同心圆式结构。 神经节细胞的感受野是由一个圆形的中心区和同心的环形周围区所组成。 按中心区对光 的反应形式可分为:给光(ON)—中心细胞和撤光(OFF)—中心细胞。 4、简述非经典感受野。

? (non-CRF, nCRF)

非经典感受野

5、视网膜上分布规律,中央凹视锥多。 在光刺激作用下,由视杆和视锥细胞产生的电信号,在视网膜内要经过复杂的神经元网 络的传递, 最后才能由神经节细胞发生的神经纤维以动作电位的形式传向中枢。 由于视网膜 内各种神经元之间的排列、 联系以及它们之间的信息交换过程非常复杂, 因而视觉信息在从 感光细胞向节细胞传递时, 必然要经历种种改变; 这实际就是视网膜本身对视觉信息的初步 处理,但目前对这个过程的了解还是很肤浅的。 一般认为,只有神经节细胞及少数无长突细胞具有产生动作电位的能力,而双极细胞、 水平细胞和多数无长突细胞同感光细胞一样, 不能产生动作电位。 当光线照射到感光细胞时, 通过光化学作用在感光细胞上引起感受器电位(超极化型慢电位) 。这些慢电位,以电紧张 的形式扩布到突触前膜, 使突触前膜的递质释放减少, 从而引起下一级细胞产生慢电位变化。 只有当这样的慢电位传递到神经节细胞时, 经过总和, 使节细胞的静息膜电位能够去极化到 阈电位水平时,才会产生“全或无”式的动作电位,作为视网膜的最后输出信号传向中枢。 感光细胞层: 在人类和大多数哺乳动物, 感光细胞分视杆细胞 (rods) 和视锥细胞 (cones) 两种。在视网膜中,这两种细胞的分布很不均匀。在中央凹的中央只有视锥细胞(密度高达 150000 个/mm2)从中央凹向两侧迅速降至 4000~5000 个/mm2, , 并一直保持这个水平。 视杆细胞最高密度在偏离中央凹 6mm(即视角 20 度)处,达 150000 个/mm2,离开该处 后则逐渐下降,至视网膜周边部降至 30000~40000 个/mm2。

6、解释 Hermann Grid 现象,中心 on,白的多的地方对神经元抑制少?

现刺激某个细胞得到较大的反应,而再刺激它邻近细胞时反应会减弱,这也就是周围的细胞抑制了它的 反应。这种现象被称之为侧抑制,它发生在视网膜上一种叫做侧细胞丛的结构上。 在 Hermann 网格图中,交叉处的四边都是亮的,而白条只有两边,所以注视交叉处的视网膜区域比注视白 条的区域受到了更多的抑制,这样交叉处显得比其它区域暗一些。你在交叉处就能看到灰点。

7、为什么每只眼的信息处理需要不止一层的 LGN 细胞来处理? ? 猴第 1、2 层的 M 细胞无颜色选择性; ? 第 4 层 P 细胞对不同颜色的光有精细的分辩能力; ? K 细胞接受视网膜蓝敏“给光”(B-on/Y-off)节细胞的输入。 8、Q2: LGN 在形成平行信息处理通道中的作用? ? 感受器细胞的总数是节细胞的 100 倍,外膝体神经元则与节细胞数目几乎相等,视 皮层 17 区第 4 层的细胞数为外膝体细胞数的 40 倍。 ? 外膝体是视网膜到视皮层信息处理通路中的中继站,各种视觉信息在外膝体得到分 别的编组和处理,并投射到视皮层的不同区域和层次,进行进一步的分析和处理。 这是视觉系统平行处理信息的重要解剖学基础。

9、下行调节,反馈功能。

10、关于下行反馈的“再进入” 以 V1 的 4B 层为例,4B 的细胞可投射到 V2 的宽条区(立体视) 、V3 区及 V5 区。 从 V5 反馈回 V1/4B 层的信息通过弥散的上传投射对 V2 宽条区及 V3 区产生影响。 这样,主管运动信息的 M 通路的 4B-V5 分支便与主管形状信息的 V3 发生的整合作用。

11、选择性注意,三个基本理论。 1、过滤器理论 2、衰减器理论 3、后选择理论 12、Early Vs. Late Selection (1)Broadbent 在 1958 年提出,他认为同一时间可以被注意到的信息量是有限的,如果信 息量超过限度,注意过滤器就将选择让一些信息通过,并将另一些信息排斥在注意之外。过 滤器模型是一种“全或无(all-or-none) ”的模型:由于过滤器的作用,来自一个信道的信息

由于受到选择而全部通过,来自另一信道的信息由于“闸门”被关掉,就完全丧失了 ? (2)在 Treisman 的衰减理论中,他将 Broadbent 过滤器的作用从阻止目标以外的刺 激改变成了弱化目标以外的刺激, 对于特别强的刺激, 衰减效果不足以阻止其传递。 这样便能很好地解释鸡尾酒会现象。 ? Treisman 承认在信息的传输信道上存在着某种过滤的装置。 但是过滤器并不是按 “全 或无”的方式工作的。它既允许信息从受到注意的信道(追随耳)中通过,也允许 信息从没有受到注意的信道(非追随耳)中通过。只是后者受到衰减,强度减弱。 ? (3)与衰减器理论不同之处仅在于,将信号弱化、阻断的位置放在了识别刺激的意 义所需要的知觉加工之后。这使得人们能够识别进入非注意耳的信息。如果这种信 息不重要,则将它抛弃。 ? 工作方式:所有的信息都被以平行的方式传送到工作记忆中;由于工作记忆的容量 有限,并非所有传送到那里的信息都被贮存。在工作记忆中,根据材料的重要性做 出判断。重要的信息被精细化,从而进入长时记忆;不重要的信息将被遗忘。 ? 此模型认为,信息的重要性取决于很多方面,不仅取决于内容是否对个人有重大意 义,而且与人的觉醒状态有关,如果人处于高的觉醒状态,即使是次要的信息,也 会被控制加工。 13、

14、几个重要实验的结论 Scene-constrained targets were detected faster, with fewer eye movements “Gist” can provide image height prior 15、三幅图的意义何在? ? 证实了只要有视差不需要形觉也能产生深度感; ? 立体视觉发生在识别之前;

16、脑电波的分类? 自发脑电活动和诱发脑电活动 ? EEG 是从头颅表面记录到的综合电位,它以不同的频率、波幅、相位及波形反映脑 的生物电改变。通常认为 EEG 记录了脑的“自发的”电位,其意是指在清醒、安静、 闭目状态或在睡眠下记录的脑电位。 ? 无论是处于清醒状态还是睡眠状态,由于包括大脑在内的中枢神经系统无可避免地 要受到来自体内外环境的各种刺激,所以 EEG 并非“绝对”的自发脑电。 17、静息电位是如何产生的? 电生理实验表明, 神经元和肌肉细胞等或组织细胞在处于静息状态时, 膜内的电位较膜 外的电位为负(一般约为-70mV) ,这种膜内外的电位差称为静息电位(resting potential)或 膜电位 18、动作电位(按图表示)

?

细胞在静息电位基础上受到较强刺激后,静息膜电位发生的快速翻转和复原过程, 是一种可传导的电信号。

19、局部电位与动作电位的区别 (1)等级性(graded)/刺激强度依赖性:局部电位的反应程度(幅度大小、时程长短)随 刺激强度的改变而改变,呈现分级特点。 (2)局限性扩布(localized propagation ) :局部电位的传播距离有限。 (3)总和性(summation) :局部电位有可加性,具有信息整合意义。 20、皮层椎体神经元突触后电位学说 ? 该学说的主要内容为:在中央神经系统中,一个神经元将动作电位传入另外一个神 经元将其激活时,在顶树突上触发兴奋性突触后电位。 ? 在该学说中,头皮表层记录到的脑电信号被认为是表层锥体神经元抑制性突触后电 位和兴奋性突触后电位的总和。 ? 脑电信号的形成机制被认为是数万个神经元的同步活动。 21、EEG/ERP 的研究价值 ? 在认知科学、生理学、精神病学方面,脑电信号也具有广阔的学术价值。通过研究 人体处于不同生理状态和不同脑功能状态的脑电信号特征,可以了解脑电的不同工 作机制。 ? 在工程应用方面,人们也尝试利用脑电信号实现人脑—计算机接口(BCI),利用人对 不同的感觉、运动或认知活动的脑电的不同,通过对脑电信号的有效的提取和分类 达到某种控制目的。 ? 在临床诊断方面,因为脑电信号包含了大量的生理与病理信息,对其作深入的研究 有助于临床医生提高对大脑神经系统损伤病变诊断和检测的可靠性和准确性,同时 对于脑疾病诊断和检测提供了有效的手段。 各种脑疾患和神经系统疾患问题的增多和严重化、以及社会老龄化问题,比如癫痫 的发病率就高达约 5‰,这就迫使我们要加强对脑科学的研究 22、影响 ERP 信号记录的因素 ? EEG/ERP 是由于皮层大量神经元(主要是锥体细胞)的突触后电位同步总和而成, 而单个神经元电活动非常微小,不能在头皮记录到,只有神经元群的同步放电才能 记录到。 ? 这种脑组织神经元排列方向一致的情况,构成所谓的开放电场(open field) ,反之则 是方向不一致相互抵消的封闭电场(closed field) 。 23、EP/ERP 的特性 ? 空间特性: 只能在特定的空间范围内检测到 ? 时间特性: 具有特定的波形和强度分布 ? 相位特性: 诱发电位的出现与给定的刺激有一定的锁时关系(time-locked) ,即特定 的诱发电位有固定的潜伏期。这是 EP/ERP 的一个很重要的特点。 ? ERP 的特性: ? 1)淹没,约 2 微伏~ 约 10 微伏 ? 2)两个恒定:潜伏期、波形 24、关于 ERP 认知实例,选一个。

25、看图

26、FEF、LIP 重要区域,功能描述。

27、眼动应用领域,举例。

Figure 8 shows the time course of activation in the saccade mapduring a typical trial on which the eyes move to the target accordingto the competitive integration model. At the start of the trial,before target and onset distractor are presented, there is strongactivation around the central fixation location (Figure 8A). Afterthe presentation of the target display, the fixation location receivestop-down inhibition as the observer prepares to make a saccade.Exogenous activation related to the onset distractor reaches thesaccade map (Figure 8B). Before the activation at the onset locationcan reach threshold, target-related input reaches the saccademap, and top-down inhibition acts on the location of the onsetdistractor (Figure 8C). Activation at the target location eventuallyreaches threshold, and a saccade is directed to the mean vector ofactivity in the saccade map (Figure 8D).-----------------If the activation at the onset distractor location reaches the thresholdbefore it can be inhibited, the time course is basically the same,with the only difference being that the eyes first move to the onsetdistractor. 28、如图、得出结论 ? 模式识别是认知心理学在知觉领域中研究的重要课题之一。 Gould 等(1965)考察了搜 索数字的眼动模式, Williams(1966)在实验中发现, 当只告诉被试要找的数字信息时, 被试往往不表现出明显的选择性注视, 当给出颜色, 大小和形状三种信息的一种时, 颜色信息使被试表现出明显的选择性注视。 29、动机与态度 ? 在相同情境下,记录被试的眼动信息,可以探测到被试对信息的选择取向,从而研 究不同个体在相同情境下的动机与态度取向。比如对不同商品的注视时间等可以反 映被试的兴趣志向和消费动机。 ? 眼动在交通心理学的研究主要涉及驾驶舱内的表盘设计问题,道路建设及路标设置 问题,驾驶者在驾驶过程中的视觉信息搜索及其培训问题等。 ? 法国的 Florence Hella 在采用呈现信息的新技术研究汽车仪表盘时曾特别强调眼动 分析的重要性。 ? 构建驾驶员眼动特征的理论模型在驾驶行为的研究中非常重要。 ? 有人提出预测汽车驾驶员行为的模型-隐含马克夫动态模型(Hidden Markove dynamic models 简称 HMDMs),该模型可根据观察驾驶员的行为获取的眼动模式来 推测驾驶员的行为意向(当前状态)。如注意路上的汽车情况,检查车的当前位置,

将车的位置调到路中央等。这种分析系统可以为智能汽车系统提供有用信息。 ? 航空心理学是心理学的一个重要分支。早在二次世界大战期间就已开始。 ? 它主要是研究航空环境中飞行员的行为特点和航空设备设计中人的因素问题。 ? 以眼动为指标的研究主要包括: 1)航空环境中飞行员的行为特点。 2)研究飞行器设计与使用者的人机关系问题。 3)研究和训练飞行员的方法。 ? 在各种体育运动过程中,视觉信息的提取是其基本的心理支持。而视觉信息提取的 不同模式可能正确反映了高水平运动员与一般水平(或新手)运动员之间的运动能力 差异。 ? 所以记录不同水平运动员在运动训练或比赛过程中的眼动模式,有利于提供对新手 进行有效训练的模式和策略。有些项目,如篮球,足球,乒乓球,冰球,高尔夫球, 网球,台球,铅球,板球,体操,击剑,自行车和职业国际象棋等都可以利用眼动 仪进行研究。 ? 眼动仪与其他仪器联合使用,使得人们对心理现象的生理机制的研究更深人了一步。 ? 眼动仪的用途朝多用途发展。眼动仪不单纯用于基础研究和临床研究中,也可以具 有非常重要的实用价值,如美国 LC 技术公司生产的 eyegaze communication system 就是利用眼动仪帮助患有脑损伤的病人、脑瘫病人和脑干中风等病人用眼睛操作计 算机。 ? 帮助那些不能用手进行计算机键盘操作的病人用眼睛代替手来操作键盘:注视屏幕 上显示的键盘,选择哪一个键就用眼睛注视哪一个键,计算机便会有所反应。这为 由于手部有残疾而不能够操作计算机的患者带来了福音。


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