Gallant J L, Connor C E, Rakshit S, Lewis J W, Van Essen D C
Division of Biology, California Institute of Technology, Pasodena 91125, USA.
J Neurophysiol. 1996 Oct;76(4):2718-39. doi: 10.1152/jn.1996.76.4.2718.
我们研究了麻醉状态下猕猴视觉区域V4中103个神经元对两类新型视觉刺激——极坐标和双曲线正弦光栅的反应。基于理论和实验依据,我们怀疑这些刺激对于表征参与形态分析中间阶段的细胞会很有用。将这些反应与用传统笛卡尔正弦光栅获得的反应进行了比较。对所有细胞进行了五项独立的神经反应定量分析。
对于每个细胞,直接比较其对最有效的笛卡尔、极坐标和双曲线光栅的反应。在103个细胞中的18个细胞中,一类刺激诱发的峰值反应与其余两类刺激诱发的峰值反应有显著差异。在其余85个细胞中,74个细胞对三类刺激的反应峰值彼此相差均在2倍以内。
对每个刺激的逐次试验反应进行的信息论分析表明,除两个细胞外,所有细胞都传递了关于整个刺激集的显著信息。对关于每类刺激所传递信息的比较表明,103个细胞中有23个细胞对一类刺激传递的信息量与对其余两类刺激传递的信息量有显著差异。在其余80个细胞中,55个细胞对三类刺激的信息传递率彼此相差均在2倍以内。
为了识别在各种刺激空间中具有有序调谐曲线的细胞,对每类刺激的反应用一个简单的高斯模型进行拟合。103个细胞中有98个细胞的调谐曲线至少对一类刺激的数据成功拟合,87个细胞的调谐曲线至少对两类刺激的数据成功拟合。单个神经元表现出广泛的调谐曲线,反应峰值分散在各种刺激空间中;不同刺激类别的调谐曲线宽度或位置分布没有重大差异。
用层次聚类分析和多维标度这两种客观方法根据神经元在整个刺激集上的反应特征对其进行分类。这两种分析产生了定性相似的结果。最明显的一组细胞对双曲线光栅具有高度选择性。大多数细胞分为对极坐标光栅有选择性的两组之一:一组对径向光栅有选择性,另一组对同心或螺旋光栅有选择性。没有一组细胞主要对笛卡尔光栅有选择性。
为了确定属于已识别类别的细胞在解剖学上是否聚类,我们将分类细胞在电极穿透中的分布与假设细胞随机分布时预期的分布进行了比较。具有相似反应特征的细胞在解剖学上常常聚类。
用位置测试来确定反应特征是否对精确的刺激位置敏感。在感受野及其附近的几个位置呈现了一部分笛卡尔和非笛卡尔光栅。对本研究中的13个细胞和早期研究中的28个细胞进行了该测试。所有细胞在刺激位置变化达0.5个经典感受野直径时,其选择性都表现出显著程度的不变性。
用长度和宽度测试来确定偏好非笛卡尔光栅的细胞是否对笛卡尔光栅的长度或宽度有选择性。在29个细胞中,将对短于或窄于经典感受野的笛卡尔光栅的反应与对全场笛卡尔和非笛卡尔光栅的反应进行了比较。在主要测试中对非笛卡尔光栅表现出显著偏好的4个细胞中,没有一个细胞对笛卡尔光栅长度或宽度的调谐能够解释其对非笛卡尔光栅的反应。