Jump to content

Бинокулярные нейроны

Бинокулярные нейроны — это нейроны зрительной системы , которые помогают создавать стереопсис из-за бинокулярного несоответствия . Они были обнаружены в первичной зрительной коре , где начинается начальная стадия бинокулярной конвергенции. [ 1 ] [ 2 ] Бинокулярные нейроны получают входные данные как от правого, так и от левого глаза и интегрируют сигналы вместе, чтобы создать ощущение глубины .

В 19 веке Чарльз Уитстон определил, что несоответствие сетчатки вносит большой вклад в восприятие глубины . [ 1 ] С помощью стереоскопа он показал, что горизонтальное неравенство используется мозгом для расчета относительной глубины различных объектов в трехмерном пространстве относительно фиксированной точки. Этот процесс называется стереопсисом . Два основных класса клеток зрительной коры были идентифицированы Дэвидом Х. Хьюбелом и Торстеном Визелем кошки в 1962 году в ходе исследования первичной зрительной коры . [ 3 ] Эти классы были названы простыми и сложными клетками , которые различаются тем, как их рецептивные поля реагируют на световые и темные стимулы . Бела Юлес в 1971 году использовал стереограммы со случайными точками, чтобы обнаружить, что монокулярные сигналы глубины, такие как затенение, не требуются для стереоскопического зрения. [ 1 ] Клетки, селективные по несоответствию, были впервые зарегистрированы в полосатой коре головного мозга (V1) кошки Питером Орлебаром Бишопом и Джоном Дугласом Петтигрю в конце 1960-х годов. [ 1 ] однако это открытие было неожиданным и не было опубликовано до 1986 года. [ 4 ] Эти клетки, селективные по несоответствию , также известные как бинокулярные нейроны, были снова обнаружены у бодрствующих макак в 1985 году. [ 5 ] были обнаружены популяционные реакции бинокулярных нейронов в вентральных и дорсальных путях Кроме того, с помощью фМРТ человека . [ 6 ]

Нейроанатомия

[ редактировать ]
дорсальный путь (зеленый) и вентральный путь Показаны (фиолетовый). Они берут начало в первичной зрительной коре . Бинокулярные нейроны встречаются на обоих путях.

И дорсальный , и вентральный пути способствуют восприятию глубины . [ 7 ] Бинокулярные нейроны, активируемые стимулами в обоих глазах, впервые обнаруживаются в зрительной коре в слое 4 . [ 7 ] [ 8 ] Бинокулярные нейроны появляются в стриарной коре (V1) , престриарной коре (V2) , вентральной экстрастриарной области (V4) , дорсальной экстрастриарной области (V5/MT) , медиальной верхней височной области , каудальной внутритеменной области и ряде областей. в передне-нижневисочной коре . [ 7 ] Нейроны престриарной коры (V2) более чувствительны к различным различиям, чем нейроны стриарной коры (V1) . [ 7 ] Бинокулярные нейроны в полосатой коре (V1) чувствительны только к абсолютному несоответствию , тогда как в других областях зрительной коры они чувствительны к относительному несоответствию . [ 7 ] [ 9 ]

В престриарной коре (V2) и вентральной экстрастриарной области (V4) бинокулярные нейроны наиболее охотно реагируют на центрально-окружающие стимулы . [ 7 ] «центр-окружение» Стимул состоит из фиксированного объекта и другого объекта, вращающегося по кругу вокруг фиксированного объекта. Области передней нижней височной коры реагируют на кривизну поверхности. [ 7 ] Бинокулярные нейроны как в каудальной внутритеменной области, так и в дорсальной экстрастриарной области (V5/MT) реагируют на наклон поверхности. [ 7 ] Бинокулярные нейроны как в медиальной верхней височной области, так и в дорсальной экстрастриарной области (V5/MT) реагируют на глубину поверхности. [ нужны разъяснения ] [ 7 ] С одной стороны, антикоррелированная реакция бинокулярных нейронов в стриарной коре (V1) , престриарной коре (V2) , дорсальной экстрастриарной области (V5/MT) и медиальной верхней височной области демонстрирует схожие реакции. [ 7 ] С другой стороны, бинокулярные нейроны вентральной экстрастриарной области (V4) демонстрируют более слабые антикоррелированные ответы по сравнению с другими областями. Наконец, области передне-нижней височной коры не демонстрируют какой-либо антикоррелированной реакции. [ 7 ]

Бинокулярные нейроны создают восприятие глубины посредством вычисления относительного и абсолютного несоответствия, создаваемого разницей в расстоянии между левым и правым глазом . Бинокулярные нейроны в дорсальном и вентральном путях объединяются, чтобы создать восприятие глубины , однако эти два пути различаются по типу стереовычислений, которые они выполняют. [ 7 ] Дорсальный . путь обычно осуществляет кросс-корреляцию на основе области различных изображений сетчатки, тогда как вентральный путь решает проблему множественного сопоставления В сочетании эти два пути позволяют судить о глубине стерео . [ 7 ] В целом вентральный путь более чувствителен к относительному неравенству . Клетки этого пути чувствительны к относительной глубине между различными объектами или особенностями, близкими друг к другу в физическом мире, что называется тонким стереопсисом . Дорсальный , путь содержит клетки более чувствительные к грубому стереопсису . Это позволяет выполнять простые вычисления глубины на основе разных изображений как для левого, так и для правого глаза, но эти вычисления происходят только тогда, когда анализируемые поверхности содержат градиент разной глубины. [ 1 ]

Рецептивные поля

[ редактировать ]
Несоответствие плоскостей разной глубины. Дальние ячейки будут реагировать на различия в плоскостях 1 и 2. Ближние ячейки будут реагировать на различия в плоскостях -1 и -2. Настроенные нулевые ячейки будут реагировать на несоответствия в плоскости 0 или плоскости фиксации .

Простые клетки имеют отдельные области рецептивного поля , которые реагируют на световые и темные стимулы. В отличие от простых клеток , рецептивное поле сложных клеток имеет смесь областей, которые реагируют на световые и темные стимулы . Преобладающая теория взаимодействия простых и сложных клеток заключается в том, что клетки латерального коленчатого ядра стимулируют простые клетки, а простые клетки, в свою очередь, стимулируют сложные клетки, а затем комбинация сложных клеток создает восприятие глубины . [ 1 ] [ 7 ] [ 10 ] Существуют три различных типа ячеек : дальние ячейки, ближайшие ячейки и настроенные нулевые ячейки. Дальние клетки реагируют на различия в плоскостях, находящихся дальше от плоскости фиксации , ближние клетки стимулируются различиями в плоскостях, расположенных ближе, чем плоскость фиксации , а настроенные нулевые клетки реагируют на различия в плоскости фиксации . [ 8 ] [ 11 ] Плоскость параллельна фиксации это плоскость в трехмерном пространстве, на которой сфокусированы два глаза, и она корональной плоскости головы .

Проблема с перепиской

[ редактировать ]

Проблема соответствия ставит вопрос о том, как зрительная система определяет, какие особенности или объекты, содержащиеся в двух изображениях на сетчатке, происходят от одних и тех же объектов реального мира. [ 1 ] Например, при взгляде на изображение дерева зрительная система должна определить, что два изображения дерева на сетчатке происходят от одного и того же реального объекта в пространстве. Если проблему соответствия в этом случае не преодолеть , организм будет воспринимать два дерева, когда есть только одно. Чтобы решить эту проблему, зрительная система должна иметь способ избежать ложного совпадения двух изображений на сетчатке. [ 12 ] Возможный способ, которым зрительная система избегает ложных совпадений, заключается в том, что клетки бинокулярного комплекса имеют участки перекрестного совпадения между своими рецептивными полями , а это означает, что несколько сложных клеток будут стимулироваться одним и тем же признаком. [ 1 ] [ 13 ] Моделирование реальных бинокулярных сложных клеток включает иерархическое квадратичное суммирование нескольких рецептивных полей простых клеток, где простые клетки суммируют вклад как правого, так и левого изображения сетчатки. [ 1 ]

Энергетические модели

[ редактировать ]

Энергетическая модель, своего рода модель стимул-реакция , бинокулярных нейронов позволяет исследовать вычислительную функцию, которую эти настроенные на несоответствие клетки играют в создании восприятия глубины. [ 1 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] Энергетические модели бинокулярных нейронов включают комбинацию монокулярных рецептивных полей , сдвинутых либо по положению , либо по фазе . [ 1 ] [ 13 ] Эти сдвиги в положении или фазе позволяют моделируемым бинокулярным нейронам быть чувствительными к несоответствию . Относительный вклад сдвигов фазы и положения в простых и сложных ячейках чтобы создать восприятие глубины объекта объединяется , в трехмерном пространстве. [ 13 ] [ 14 ] Бинокулярные простые клетки моделируются как линейные нейроны . Из-за линейной природы этих нейронов положительные и отрицательные значения кодируются двумя нейронами, причем один нейрон кодирует положительную часть, а другой — отрицательную. Это приводит к тому, что нейроны дополняют друг друга, при этом возбуждающая область одной бинокулярной простой клетки перекрывается с тормозной областью другой. [ 13 ] [ 14 ] Реакция каждого нейрона ограничена таким образом, что только один может иметь ненулевой ответ в любое время. Этот вид ограничения называется полуволновым выпрямлением . Клетки бинокулярного комплекса моделируются как энергетические нейроны, поскольку в их рецептивных полях нет отдельных областей включения и выключения. [ 1 ] [ 3 ] [ 13 ] [ 14 ] Энергетические нейроны суммируют квадраты ответов двух пар линейных нейронов , которые должны сдвинуты по фазе на 90 градусов . [ 13 ] Альтернативно, они также могут представлять собой сумму квадратов ответов четырех с полуволновым выпрямлением линейных нейронов . [ 14 ]

Стерео Модель

[ редактировать ]

Стереомодель — это энергетическая модель, которая объединяет как модель позиционного сдвига, так и модель разности фаз. [ 13 ] [ 14 ] Модель позиционного сдвига предполагает, что рецептивные поля левой и правой простых клеток идентичны по форме, но сдвинуты по горизонтали друг относительно друга. Эта модель была предложена Бишопом и Петтигрю в 1986 году. [ 1 ] Согласно фазоразностной модели возбуждающие и тормозные субобласти левого и правого рецептивных полей простых клеток сдвинуты по фазе так, что их границы перекрываются. Эта модель была разработана Озавой в 1990 году. [ 1 ] Стереомодель использует фазовую зависимость Фурье простых клеточных реакций и предполагает, что использования реакции только простых клеток недостаточно для точного описания физиологических наблюдений, кошек, обезьян и человека обнаруженных в зрительных путях . [ 1 ] Чтобы сделать модель более репрезентативной для физиологических наблюдений, стереомодель объединяет ответы как простых , так и сложных клеток в единый сигнал . [ 1 ] То, как осуществляется эта комбинация, зависит от входящего стимула . Например, модель использует независимые фазы Фурье для некоторых типов стимулов и находит предпочтительное несоответствие сложных клеток, равное сдвигу рецептивного поля влево-вправо . [ 1 ] [ 14 ] Для других стимулов сложная клетка становится менее чувствительной к фазе, чем только простые клетки большее рецептивное поле включено , и когда в модель сложных клеток , фазовая чувствительность возвращается к результатам, аналогичным нормальным физиологическим наблюдениям. [ 1 ] Чтобы включить более крупные рецептивные поля сложных клеток, модель усредняет несколько пар простых клеток поблизости и перекрывает их рецептивные поля сложной клетки для построения модели . Это позволяет сложной клетке быть независимой от фазы для всех представленных стимулов , сохраняя при этом одинаковый рецептивного поля сдвиг с простыми клетками, из которых она состоит в модели . [ 14 ]

Стереомодель затем создается из множества клеток сложных моделей , которые имеют различные различия, охватывающие проверяемый диапазон различий . [ 14 ] Любой отдельный стимул затем можно различить путем нахождения сложной клетки в популяции с наиболее сильным ответом на стимулы . [ 1 ] [ 14 ] Стереомодель объясняет большинство вневременных физиологических наблюдений бинокулярных нейронов, а также проблему соответствия . [ 1 ] [ 14 ] [ 16 ] Важным аспектом стереомодели является то, что она учитывает неравенство притяжения и отталкивания. [ 1 ] Примером несоответствия притяжения и отталкивания является то, что на близком расстоянии два объекта кажутся ближе по глубине, чем на самом деле, а на более дальних расстояниях друг от друга они кажутся глубже, чем на самом деле. [ 1 ] несоответствие Считается, что притяжения и отталкивания напрямую связано с физиологическими свойствами бинокулярных нейронов зрительной коры . [ 1 ] Использование стереомодели позволило интерпретировать источник различных положений пиков, обнаруженных на кривых настройки несоответствия некоторых клеток зрительной коры. Эти различные местоположения пиков кривых настройки диспаратности называются характеристическими диспаратностями. Из-за отсутствия определенных кривых настройки несоответствия для простых ячеек они не могут иметь характерных несоответствий. [ 1 ] но характерные различия можно отнести вместо этого к сложным клеткам . [ 1 ] [ 17 ] Двумя ограничениями стереомодели является то, что она не учитывает реакцию бинокулярных нейронов во времени и не дает глубокого понимания связности бинокулярных нейронов. [ 16 ] [ 18 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в v В х и Цянь, Нин (1997). «Бинокулярное неравенство и восприятие глубины» . Нейрон . 18 (3): 359–368. дои : 10.1016/s0896-6273(00)81238-6 . ПМИД   9115731 .
  2. ^ Шолль, Б; Бердж Дж; Прибе, Нью-Джерси (2013). «Бинокулярная интеграция и селективность несоответствия в первичной зрительной коре мыши» . Журнал нейрофизиологии . 109 (12): 3013–24. дои : 10.1152/Jn.01021.2012 . ПМЦ   3680810 . ПМИД   23515794 .
  3. ^ Jump up to: а б Хьюбель, Дэвид; Торстен Визель (1962). «Рецептивные поля, бинокулярное взаимодействие и функциональная архитектура зрительной коры головного мозга кошки» . Дж. Физиол . 160 (1): 106–154. doi : 10.1113/jphysicalol.1962.sp006837 . ПМЦ   1359523 . ПМИД   14449617 .
  4. ^ Епископ Питер; Джон Петтигрю (1986). «Нейральные механизмы бинокулярного зрения». Исследование зрения . 26 (9): 1587–1600. дои : 10.1016/0042-6989(86)90177-x . ПМИД   3303676 . S2CID   7664762 .
  5. ^ Поджо, Дж; Б. Моттер; С. Скватрито; Ю. Троттер (1985). «Ответы нейронов зрительной коры (V1 и V2) тревожной мекаки на динамические стереограммы со случайными точками». Исследование зрения . 25 (3): 397–406. дои : 10.1016/0042-6989(85)90065-3 . ПМИД   4024459 . S2CID   43335583 .
  6. ^ Коттеро, Бенуа; Сюзанна Макки; Джастин Алес; Энтони Норсия (2011). «Реакция зрительной коры человека, настроенная на неравенство» . Журнал неврологии . 31 (3): 954–965. doi : 10.1523/jneurosci.3795-10.2011 . ПМК   3298090 . ПМИД   21248120 .
  7. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н Паркер, Эндрю (2007). «Бинокулярное восприятие глубины и кора головного мозга». Природа . 8 (5): 379–391. дои : 10.1038/nrn2131 . ПМИД   17453018 . S2CID   6234144 .
  8. ^ Jump up to: а б Первс, Дейл (2012). Нейронаука . Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates, Inc.
  9. ^ Сасаки, Канзас; Табучи Ю; Одзава I (2013). «Сложные клетки полосатой коры кошек имеют множество детекторов несоответствия в трехмерных бинокулярных рецептивных полях» . Журнал неврологии . 30 (41): 13826–37. doi : 10.1523/JNEUROSCI.1135-10.2010 . ПМК   6633723 . ПМИД   20943923 .
  10. ^ Грюневальд, Александр; Стивен Гроссберг (1998). «Самоорганизация настройки бинокулярного несоответствия посредством взаимных кортикогенных взаимодействий». Журнал когнитивной нейронауки . 10 (2): 199–215. дои : 10.1162/089892998562654 . hdl : 2144/2326 . ПМИД   9555107 . S2CID   7200376 .
  11. ^ Уордл, СГ; Касс Дж; Брукс КР; Але Д. (2010). «Нарушение камуфляжа: бинокулярное неравенство уменьшает контрастность естественных изображений» . Журнал видения . 10 (14): 38. дои : 10.1167/14.10.38 . ПМИД   21196512 .
  12. ^ Цао, Ю; Гроссберг С (2012). «Стереопсис и восприятие трехмерной поверхности с помощью импульсных нейронов в ламинарных корковых цепях: метод преобразования моделей нейронной активности в импульсные модели». Нейронные сети . 26 : 75–98. дои : 10.1016/j.neunet.2011.10.010 . ПМИД   22119530 .
  13. ^ Jump up to: а б с д и ж г час Одзава, я; Г. ДеАнджелис; Р. Фриман (1990). «Стереоскопическая распознавание глубины в зрительной коре: нейроны идеально подходят в качестве детекторов несоответствия». Наука . 249 (4972): 1037–1041. Бибкод : 1990Sci...249.1037O . CiteSeerX   10.1.1.473.8284 . дои : 10.1126/science.2396096 . ПМИД   2396096 .
  14. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к Флит, Дэвид; Герман Вагнер; Дэвид Хигер (1996). «Нейронное кодирование бинокулярного неравенства: энергетические модели, сдвиги положения и фазовые сдвиги» . Исследование зрения . 36 (12): 1839–1857. дои : 10.1016/0042-6989(95)00313-4 . ПМИД   8759452 .
  15. ^ Прочтите, Дженни; Эндрю Паркер; Брюс Камминг (2002). «Простая модель объясняет реакцию настроенных на несоответствие нейронов V1 на антикоррелированные изображения». Визуальная нейронаука . 19 (6): 735–753. дои : 10.1017/s0952523802196052 . ПМИД   12688669 . S2CID   7851440 .
  16. ^ Jump up to: а б Чен, Южи; Юньцзю Ван; Нин Цянь (2001). «Моделирование настройки неравенства V1 на изменяющиеся во времени стимулы». Журнал нейрофизиологии . 86 (1): 143–155. дои : 10.1152/jn.2001.86.1.143 . ПМИД   11431496 .
  17. ^ Чжу, Ю; Н. Цянь (1996). «Модели бинокулярного рецептивного поля, настройка несоответствия и несоответствие характеристик». Нейронный компьютер . 8 (8): 1647–1677. дои : 10.1162/neco.1996.8.8.1611 . ПМИД   8888610 . S2CID   38166972 .
  18. ^ Менц, Майкл; Ральф Фриман (2003). «Функциональная связность нейронов, настроенных на диспаратность, в зрительной коре». Журнал нейрофизиологии . 91 (4): 1794–1807. дои : 10.1152/jn.00574.2003 . ПМИД   14668293 . S2CID   9655002 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 31f43c049f97b46de748425c4a31ebcb__1716511980
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/31/cb/31f43c049f97b46de748425c4a31ebcb.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Binocular neurons - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)