Кодирование признаков изображения и сложных зрительных образов нейронами коры головного мозга млекопитающих

• Автор: Бондарь, Игорь Вечеславович
• Шифр специальности: 03.03.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 203 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1 Обзор литературы

1.1. Теории н гипотезы о формировании внутреннего

представительства объектов и событий окружающего

мира в мозге

1.2. Иерархическая организация зрительной системы 1 б

приматов и других высших позвоночных

1.3. Исследование детекторных свойств нейронов:

аналитические подходы и основные положения детекторной теории

1.3.1. Анализ параметров настройки нейронов-детекторов

1.3.2. Роль нейронов-детекторов в организации поведения
1.3.3. Концепции кодирования признаков нейронными
популяциями
1.4. Физиологический субстрат опознания изображений
1.4.1. Сетчатка и НКТ
1.4.2. Первичная зрительная кора
1.4.3. Нейроны У2 и У4 полей зрительной коры
1.4.4. Роль нижней височной коры в анализе зрительных
образов
1.5. Система распознавания лиц у человека и низших
приматов
1.6. Методы исследования детекторных свойств нейронов
1.6.1 Оптическое картирование коры
1.6.2 Перманентные имплантации множественных
электродов
1.7. Современные модели опознания зрительных образов
Заключение
Глава 2 Методика
2.1. Подопытные животные
2.2. Организация зрительной стимуляции и поведенческих
экспериментов при изучении свойств нейронов коры обезьян
2.2.1. Начальное приручение обезьян к приматологическому
креслу
2.2.2. Протоколы проведения экспериментов в разных
условиях зрительной стимуляции: эксперимент с ограниченным полем зрения
2.2.3. Эксперимент с вращающимся диском
2.2.4. Эксперимент с нефиксированным направлением
взгляда
2.2.5. Психофизическое тестирование в экспериментах по
распознаванию лиц
2.2.6. Эксперименты с фиксацией взгляда
2.3. Хронические имплантации множественных
микроэлсктродов
2.3.1. Конструкция имплантатов
2.3.2. Определение места регистрации активности с помощью

Глава
ядерно-магнитноИ резонансной томографии (ЯМР)
2.3.3. Использование ЯМР-томографии при моделировании и 74 изготовлении конструкций для крепления электродного пучка на поверхности черепа
2.4. Операции по имплантации пучка микроэлектродов
2.4.1. Имплантация пучка электродов в фовеальное
представительство яванских макак и игрунки
2.4.2. Имплантация пучка электродов в нижневисочиую кору
макак-резус
2.5. Эксперименты по регистрации клеточной активности в коре
головного мозга обезьян
2.5.1. Отведения клеточной активности в первичной
зрительной коре
2.5.2. Обработка данных в экспериментах по исследованию
активности в первичной зрительной коре
2.5.3. Регистрации экстраклегочного сигнала и анализ
экспериментальных данных в экспериментах по изучению свойств нейронов нижневисочной коры у макак-резус
2.5.4. Показатель сходства, основанный на корреляции
2.6. Эксперименты по оптическому картированию мозга по
внутреннему сигналу
2.6.1 Подготовка животного к операции
2.6.2 Операция
2.6.3 Экспериментальная установка для оптического
картирования мозга
2.6.4 Зрительная стимуляция и регистрация оптического
сигнала
2.6.5 Принцип анализа экспериментальных данных
2.6.6 Непрерывное оптическое картирование
Результаты исследования
3.1. Изучение особенностей функциональной архитектуры
первичной зрительной коры методом оптического картирования по внутреннему сигналу
3.1.1 Оптическое картирование коры: блоковый дизайн
3.1.2 Подтверждение результатов с помощью непрерывного
оптического картирования
3.2. Оценка успешности хронических имплантаций пучка
множественных электродов в зрительную кору обезьян
3.2.1. Результаты отладки метода хронических имплантаций:
общие замечания по технике крепления электродов
3.2.2. Качество регистрируемых нейронных сигналов в ИЗ
фовеальном представительстве первичной зрительной коры яванских макак
3.2.3. Исследование качества отведения на примере
имплантата мармозетки
3.3. Стабильность свойств нейронов-детекторов нижней
височной коры
3.3.1. Стабильное отведение активности одиночных нейронов
на примере регистраций в нижневисочной коре макак-резусов

Глава
Выводы
Библио-
графия
3.4. Временные модуляции и стабильность ответов нейронов
нижней височной коры
3.4.1. Локализация электродов в мозге
3.4.2. Общая характеристика нейронов нижневисочной коры
3.4.3. Стабильность селективности нейронов-детекторов
нижиевисочиой коры
3.4.4. Популяционные данные по стабильности селективности
в нижневисочной коре
3.4.5. Стабильность селективности в популяции нейронов
3.4.6. Предпочтительные зрительные стимулы для активации
нейронных популяций
3.5. Кодирование информации об индивидуальности лиц в
мозге обезьян
3.5.1. Поведенческий эксперимент по распознаванию лиц
обезьяной N
3.5.2. Нейронная активность в нижневисочной коре при
предъявлении лиц
Обсуждение результатов
4.1. Адаптивность нейронного представления:
функциональная анатомия первичной зрительной коры кошки
4.2. Стабильность кодирующих свойств нейронов-
детекторов
4.2.1 Долговременная регистрация активности одиночных
нейронов
4.2.2 Стабильность представления сложных зрительных
объектов в нижневисочной коре обезьян
4.3. Роль прототипа в кодировании индивидуальных лиц
нейронами нижневисочной коры обезьян

функциональной анатомии мозга, которые позволяют быстро и эффективно оценивать вовлеченность рабочих элементов коры в анализ сенсорной информации.
Если на уровне первичной зрительной коры нейроны-детекторы выделяют сравнительно простые характеристики зрительного образа, то в расположенных выше в иерархии областях должен происходить более сложный анализа признаков изображения.
1.4.3. Нейроны полей V2 и V4 зрительной коры. Важным свойством нейронов в V2 является их способность заканчивать прерванные (в том числе и иллюзорные) контуры (Peterhans & von der Heydt, 1988). Поначалу казалось, что нейроны в V4 заняты в основном анализом информации о цвете зрительных объектов (Heywood & Cowey, 1987) и не обладают детекторными свойствами аналогичными таковым наблюдаемым у клеток первичной зрительной коре. Однако позднее было показано (Desimone & Schein, 1987), что нейроны этой области могут быть чувствительны к ориентации линии вне зависимости от ее локализации в РГ1 нейрона. Область V4 организована ретинотопически, однако, здесь можно наблюдать также ситуацию, когда в представительстве фовеа обнаруживаются нейроны с большими рецептивными полями. В последнее время были получены данные, указывающие на повышенную чувствительность нейронов V4 к изогнутым линиям (Gallant et al., 1998). Кроме того, нейроны этой области способны усиливать разряд под действием таких факторов, как внимание (Mottcr, 1993). Ориентационная чувствительность нейронов V4 может изменяться и под воздействием соматосенсорных сигналов (Haenny & Schiller., 1988).
Таким образом, уже на следующих после первичной зрительной корой стадиями обработки зрительной информации становится возможным значительное усложнение детекторных характеристик нейронов. Однако наибольшей сложности детекторные свойства достигают в височных областях коры.