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豚鼠的眼-头协调 II. 对自身产生(自愿)头部运动的反应。

Eye-head coordination in the guinea pig II. Responses to self-generated (voluntary) head movements.

机构信息

Department of Otolaryngology, University of Michigan, Ann Arbor, MI, USA.

出版信息

Exp Brain Res. 2010 Sep;205(4):445-54. doi: 10.1007/s00221-010-2375-3. Epub 2010 Aug 10.

Abstract

Retinal image stability is essential for vision but may be degraded by head movements. The vestibulo-ocular reflex (VOR) compensates for passive perturbations of head position and is usually assumed to be the major neural mechanism for ocular stability. During our recent investigation of vestibular reflexes in guinea pigs free to move their heads (Shanidze et al. in Exp Brain Res, 2010), we observed compensatory eye movements that could not have been initiated either by vestibular or neck proprioceptive reflexes because they occurred with zero or negative latency with respect to head movement. These movements always occurred in association with self-generated (active) head or body movements and thus anticipated a voluntary movement. We found the anticipatory responses to differ from those produced by the VOR in two significant ways. First, anticipatory responses are characterized by temporal synchrony with voluntary head movements (latency approximately 1 versus approximately 7 ms for the VOR). Second, the anticipatory responses have higher gains (0.80 vs. 0.46 for the VOR) and thus more effectively stabilize the retinal image during voluntary head movements. We suggest that anticipatory responses act synergistically with the VOR to stabilize retinal images. Furthermore, they are independent of actual vestibular sensation since they occur in guinea pigs with complete peripheral vestibular lesions. Conceptually, anticipatory responses could be produced by a feed-forward neural controller that transforms efferent motor commands for head movement into estimates of the sensory consequences of those movements.

摘要

视网膜图像稳定性对视觉至关重要,但可能会因头部运动而降低。前庭眼反射(VOR)补偿头部位置的被动扰动,通常被认为是眼稳定性的主要神经机制。在我们最近对自由移动头部的豚鼠前庭反射的研究中(Shanidze 等人,在 Exp Brain Res,2010 年),我们观察到了补偿性眼球运动,这些运动不可能是由前庭或颈部本体感觉反射引发的,因为它们相对于头部运动具有零或负潜伏期。这些运动总是与自主产生的(主动)头部或身体运动同时发生,因此预测了一个自愿的运动。我们发现,这些预测反应与 VOR 产生的反应有两个显著的不同之处。首先,预测反应的特点是与自愿头部运动的时间同步(潜伏期大约为 1 毫秒,而 VOR 为 7 毫秒)。其次,预测反应具有更高的增益(0.80 与 VOR 的 0.46),因此在自愿头部运动期间更有效地稳定视网膜图像。我们认为,预测反应与 VOR 协同作用,稳定视网膜图像。此外,它们独立于实际的前庭感觉,因为它们发生在完全外周前庭病变的豚鼠中。从概念上讲,预测反应可以由前馈神经控制器产生,该控制器将头部运动的传出运动命令转换为这些运动的感觉后果的估计。

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