眼睛接收到的信息如何被大脑识别视觉神经的工作原理是怎样的

眼睛接收到的信息如何被大脑识别视觉神经的工作原理是怎样的,第1张

视觉传导通路 由3级神经元组成。第l级神经元为视网膜的双极细胞,其周围支与形成视觉感受器的视锥细胞和视杆细胞形成突触,中枢支与节细胞形成突触。第2级神经元是节细胞,其轴突在视神经盘(乳头)处集合向后穿巩膜形成视神经。视神经向后经视神经管入颅腔,形成视交叉后,延为视束。在视交叉中,只有一部分纤维交叉,即来自两眼视网膜鼻侧半的纤维交叉,走在对侧视束中;颞侧半的不交叉,走在同侧视束中。因此,左侧视束含有来自两眼视网膜左侧半的纤维,右侧视束含有来自两眼视网膜右侧半的纤维。视束行向后外,绕大脑脚,多数纤维止于外侧膝状体。第3级神经元的胞体在外侧膝状体内,它们发出的轴突组成视辐射,经内囊后肢,终止于大脑距状沟周围的枕叶皮质(视区)。还有少数纤维经上丘臂终止于上丘和顶盖前区。顶盖前区与瞳孔对光反射通路有关。

对光反射:视网膜→视神经→视交叉→双侧视束→上丘臂→中脑顶盖前区-E-W核→双侧动眼神经副l核→动眼神经→睫状神经节→节后纤维→瞳孔扩约肌收缩→双侧瞳孔缩小

副辏反射:视网膜视觉细胞→外侧膝状体→枕叶前区皮质凝视中枢→顶盖前区→动眼神经副核尾端→随动眼神经至睫状神经节→发出节后纤维:①至瞳孔括约肌(收缩时瞳孔缩小);②至眼球内收肌(调节双眼球辐辏运动)及睫状肌(调节晶体曲度)。

眼受光线刺激后,产生神经冲动传入大脑皮层视中枢而获得的主观感觉。主要包含感知光的强弱,辨别物体或符号的轮廓、形状、大小、空间位置及色彩。人类眼球呈前面略突出的球形,结构颇似照相机,由角膜、房水、晶状体和玻璃体组成折光系统,起凸透镜的作用;眼球壁构成“暗箱”;瞳孔的大小变化可调节进入眼内的光量。外界物体发出或反射的光线入眼后,经过折光系统折射、聚焦,在视网膜上形成清晰的倒像。视网膜由大脑皮层衍化而来,主要含有感光细胞(视杆、视锥细胞)和神经联系细胞。其中视杆细胞对弱光敏感,主要在昏暗环境中产生暗视觉,但只能辨别明暗,不能分辨物体的精细程度和颜色;视锥细胞感受强光和色光,在亮环境下产生明视觉和色觉,对物体的细节和颜色分辨力强。视觉信息在视网膜内进行初步编码、加工后,经视神经传入大脑枕叶的视觉中枢,由视中枢对信息作进一步处理、分析、整合而形成视觉感知。视觉是人类最重要的感觉,人脑获取的全部信息中有95%左右来自视觉。视觉系统不仅能够感知现存的客观事物,还可以通过文字、以及**、电视等媒介扩大所了解的时空范围。视觉感知受既往经验的影响。虽然视网膜形成并输入大脑的物像是倒置的,但实际生活中人们并无此感觉。在视觉研究中,失明一直是困扰人类的严重问题。中国约有盲人400~500万。其失明原因分别为角膜损伤、眼内压升高(青光眼)、晶状体混浊(白内障)、视网膜病变以及视觉传导通路或视中枢的损害。婴儿出生后在一年内,若缺乏光的刺激(如因眼疾而遮眼),将妨碍视皮层的正常发育,会导致日后视觉的严重损害。

视觉系统包括眼睛、视神经、大脑的视觉中枢,眼睛是捕捉外界光信号,将光信号“打”在视网膜上,视网膜中有感光细胞,将光学信号转换为电信号,视神经的作用是将视网膜转换来的信号向大脑中枢传递,中枢接收到相关刺激,最终呈现看到的物体,并能分析事物的属性。光信号几乎是没有延迟的,因为光速很快,但是将光信号转换为电信号,电信号在神经细胞间的传递,是需要时间的,因此视觉系统肯定会有延迟。

大脑在正常情况下是基本不会让我们觉察出太多的延迟的。这是比较普通的情况。但是例外是由于药物,或者是疲劳等原因产生,被动的延迟。当这种情况出现时,大脑会相应产生幻觉,甚至是感知障碍。最终我们,可以通过大脑处理信息结果的反馈可以感受到延迟。比如说早上出勤时间是8:00,那么7:55,还被堵车在路上,人就会马上产生不由自主的焦虑,这就是比较简单的来自于已知应急库中的刺激。再有比如我们受到了辱骂和人格的侵犯,马上会表现出愤怒与反抗,这也属于简单应激。

大脑接受信息和处理信息并非一个神经元的兴奋作用,在神经传递兴奋过程中,神经元与神经元之间的信息传递就涉及到神经递质的合成、释放、失活以及突触后电位产生等,这也就是看到的画面传到大脑会有延迟的原因。产生这种延迟是兴奋通过细胞间传递的一个特征,称突触延搁。

利用fMRI信号重建视觉场景,是一种对神经活动的解码,本质上是神经编码的一个逆问题。基于大脑反应重建视觉刺激(图像或者视频)的研究并不新鲜,而且也不局限于用fMRI信号重建。Yang Dan 博士(现在UC Berkeley)在上个世纪90年代就用神经元的放电活动重建视觉场景。因为没有对神经解码类课题的一手研究经验,而且很长时间不看这方面的文献了,只能依据一点初浅理解对题主的问题做个概略性的回答。欢迎批评指正。虽然从技术角度并非必须,了解视觉神经编码和fMRI信号的产生原理,可以帮助理解为什么可以用fMRI信号重建视觉场景。视觉神经编码的基础知识在任何一本基础性的神经生物学都有介绍。从眼球的后壁视网膜开始,到外侧膝状体 (LGN),到初级视觉皮层 (V1),到后面分化的视觉通路上(腹侧-ventral和背侧-dorsal pathway),视觉神经细胞对视觉场景的各种视觉信息特征(大小,形状,颜色,运动速度,空间位置等)的编码逐级分化。现在广泛接受的编码理论是视觉神经细胞用放电活动频率表征视觉信息特征。例如初级视觉皮层的一个神经细胞对某个空间位置上垂直方向的线条产生强烈放电(eg, 50 spikes/second),对其他位置和水平方向的线条放电频率则大幅下降(eg, 6 spikes/second),甚至不放电。类似功能的神经元分布在相邻的区域,例如早期视觉皮层的功能柱。Hubel 和Wiesel博士在50年代开始对的开创性的系统研究为他们赢得了1981年诺贝尔奖。Population coding的概念:不同区域的视觉皮层中大量神经细胞在同一时刻的反应构成某种特定的放电模式从而表征视觉场景,这种模式可能与表征过去场景的历史模式有某种关系。

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