文獻分享|【week46】知覺

2021-02-16 吾等浮生記

「前言」

本周六篇文章主要圍繞的是知覺,一開始是想看六篇綜述的,第一篇是導師發給我讓看的。(自己好像有點莫名其妙就對這些理論產生了興趣。)後來還是圍繞在新公布出來的關於知覺的文章上。

「發現」一直感興趣的話題是大腦如何整合內外信息,絕不僅僅是自上而下與自下而上合在一起共同發光就完事兒。絕不簡單。所以不同的研究者會從不同的角度來探討這個問題,有從理論探討假設出發,建模驗證,實驗驗證。有認為大腦是一個閉環的動態加工信息系統;有驗證微掃視幫助我們重新定位而眼漂移對信息進行取樣和編碼;有證明靈長類動物的外側前額葉皮層可以加工物體不同維度的特徵從而將其知覺為獨一無二的物體;有發現兩腦區參與社交信息決策過程而幫助靈長類動物進行信息搜索;有提出去甲腎上腺素可以幫助人們在面對不確定時進行知覺和學習,還有在此基礎上提出一跨認知領域的知覺和學習建模,從更大的角度探討不確定條件下的知覺和學習。

 

「導讀」

267.提出知覺是一種閉環的動態信息加工過程

268.微掃視幫助視線重新定位,而眼漂移幫助信息採樣和編碼

269.靈長類動物的外側前額葉皮層參與了知覺物體的特徵綁定神經加工過程

270.OFC和LPFC幫助猴子加工社交信息從而有助於其進行社交信息搜索決策加工

271.去甲腎上腺素是人在面臨不確定性時進行知覺和學習的基礎

272.對271的評價,以提出其幫助我們更好地去理解人在面對不確定時如何進行的知覺和學習,絕大部分取決於個體的先驗知識

 

「詳情」

 

267)perception as a closed-loop convergence process

Authors: Ehud Ahissa, Eldad Assa

Journal: elife (2016)

【背景】對外在物體的知覺涉及通過相關的感覺器官而獲得感覺。廣為人知的一個理論假設是感覺器官是通向內部環路的信息加工環路的第一站,而在內部環路中知覺發生了。在這種開環的研究設想中,感覺器官和環境之間的信息交互並不被它的並發下通路的神經加工所影響,這種設想現在受到了許多行為和腦解剖數據分析的挑戰。

【方法】我們提出一個研究假設認為,對外部物體的知覺是一個閉環的動態加工過程,它會將有機體與其環境整合在一起,並使其趨於有機體-環境的穩態中。

【結果】我們討論了閉環知覺(closed-loop perception)與實驗數據的吻合性,並表明它可以在機器人裝置中合成。

【結論】對於知覺的開環和閉環研究設想之間的實驗性區別提供了可供檢驗性的預測。

圖1 知覺加工環路設想

 

268)On the possible roles of microsaccades and drifts in visual perception

Authors: Ehud Ahissar, Amos Arieli, Moshe Fried, Yoram Bonneh  

Journal: Vision Research (2016)

【背景】大腦在進行自然觀看事物時,這種打掃時活動會每隔幾百毫秒就將視線從一個物體轉向另一個物體。在長時注視中出現的微掃視(microsaccades, MSs),它的作用是什麼尚處於爭論之中。一個主要的爭論是MSs是將視線重新定位到一個新位置還是通過它們的運動來編碼視覺信息。

【方法】我們認為這兩種功能並不能同時被優化,並提出一些證據來證明MSs會重新導向視線,視覺信息細節是被眼漂移(ocular drifts)來進行取樣和編碼的。

【結果】我們發現漂移(drift movements) 確實適合視覺編碼。然而,視覺系統在什麼程度上控制漂移運動,以及它們與掃視運動在什麼程度上進行交互都是不清楚的。我們分析了幾個可能的掃視和漂移運動的控制設想,並提出實驗以區分它們。我們提出對現有數據進行初步分析的結果,以作為對我們預測的測試性的合理性進行檢查。

圖1 眼睛掃視一張圖片的例子,以及將感興趣區放大之後的視線追蹤圖

圖2 掃視固定空間網格圖的示意圖

 

圖3 對LSs、MSs、Ds的控制設想示意圖

 

269)A neural correlate of visual feature binding in primate lateral prefrontal cortex 

Authors: Mohsen Parto Dezfouli, Philipp Schwedhelm, Michael Wibral, Stefan Treue, Mohammad Reza Daliri, Moein Esghaei 

Journal: NeuroImage (2021)

【背景】我們能夠毫不費力地將視覺物體知覺為獨一無二的實體,儘管對物體的不同特徵是在不同的腦區進行編碼的。假設存在一個「綁定(binding)」加工過程,它主要用於創造這種獨一無二的感知過程,但是其潛在的神經機制和具體的腦區是什麼仍舊知之甚少。

【方法】通過兩個特徵維度來研究「特徵綁定」,使用一個新的刺激構造,設計實驗來驗證對於一個給定的顏色和運動方向組合在被感知時是綁定的還是未綁定的。在綁定條件下,兩個行為相關特徵(顏色和運動)都屬於同一個物體,而在未綁定條件下這兩個特徵屬於不同的物體。記錄獼猴在監測兩種條件下的物體時其側面前額皮層(lPFC)的局部區域場電勢。

【結果】對綁定的視覺特徵的神經表徵主要處於4-12Hz的頻帶中,並且在不同的lPFC神經亞群體間傳遞綁定信息。這種信息與動物的反應時間相關,這表明綁定信息的行為相關性。

【結論】在對低頻腦區間的信息交互進行動態調控過程中,以背側和腹側視覺通路為目標的前額葉皮層參與了不同維度的視覺特徵綁定。

圖1 視覺特徵綁定,刺激範例,猴子大腦的植入位置,行為實驗結果

 

270)Neurons in primate prefrontal cortex signal valuable social information during natural viewing

Authors: Geoffrey K. Adams, Wei Song Ong, John M. Pearson, Karli K. Watson and Michael L. Platt 

Journal: Philosophical transactions B (2021)

【背景】社交夥伴信息對於靈長類動物來說天生就具有很大價值。關於消耗哪種信息源的決定是非常自然的但也很複雜,這對大腦的決策網絡提出了很非同尋常的要求。尤其是,眶額皮質(OFC)和外側前額葉皮層(LPFC)在決策和社交行為中都發揮了重要作用,這表明其也在社交信息搜索過程中發揮了作用。

【方法】提出一個「頻道瀏覽」任務(a channel surfing task),其中給猴子呈現一些5s的視頻,這些視頻呈現的是在一個場地中表現出來的自然行為。視頻是用特定種族的行為詳述(這是一種很重要的社交信息來源),進行一幀一幀逐次註解。在每個視頻判斷之間,都給猴子呈現了一個選項,讓其決定下一個播放的視頻。

【結果】在回放中猴子的注視表明不同的參與度取決於呈現了什麼樣的行為。在OFC和LPFC中的神經元都對選擇目標和看視頻有響應,並在觀看視頻過程中可以將行為詳述中的一些行為區別開來。

【結論】這些結果表明OFC和LPFC都參與了加工社交信息,這些信息用於引導個體進行動態的信息搜索決策。

圖1 行為詳述和注視變量在OFC和LPFC的所有神經元的放電率上的建模效應

圖2 頻道搜索任務

 

272)The Computational, Pharmacological, and Physiological Determinants of Sensory Learning under Uncertainty 

Authors: Rebecca P. Lawson, James Bisby, Camilla L. Nord, Neil Burgess, Geraint Rees 

Journal: Current Biology (2021)

【背景】對不確定性的表徵和響應能力是人類的認知和決策的基本特徵。去甲腎上腺素(NA)被認為在人類適應一個時時變化的世界時協調感覺、學習和生理狀態中發揮著重要作用,但是這個觀點缺乏直接的實驗證據。

【方法】在不確定條件下測試減弱NA的神經傳遞時對學習的影響。使用被試間、雙盲、安慰劑控制的實驗設計,探討了β腎上腺素受體拮抗劑心得安(propranolol,40mg)的效應。被試需要進行一個概率聯想學習任務,我們採用了一個分層學習模型來正式量化在這些關聯中一段時間內(波動性),有關線索-結果連續性和變化的預測誤差。

【結果】不可預測性和噪音都會減慢反應時間,但是心得安增加了這些效應的交互作用,從而在不確定性較高時行為會更多收到先驗期待的影響。從計算上講,這是由於學習率的降低導致的,人們在面對新的信息時他們更新觀念會比較慢。減弱NA的全局效應也會消除預測誤差和波動性對瞳孔大小的相位影響,這與更新觀念較慢的觀點一致。所有被試的基線心臟測量可以預測環境的波動性估計。

【結論】NA支持人在面對不確定性時的行為和計算能力。這些發現對於理解不確定性對人類生物學和認知的影響具有重要意義。

圖1 實驗任務和試次的詳細結構

圖2 計算模型和其結果

 

272)Prediction and Learning: Understanding Uncertainty 

Author: Daniel Yon

Journal: Current Biology (2021)

建模模擬我們在面對不確定性時大腦如果進行知覺和學習。新證據揭示了一種神經計算機制,它可將不同認知領域的預測過程聯繫起來。

圖1 在自上而下的預測和自下而上的證據中操控平衡

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