一种感知视觉运动信息的简化脑模型

视觉运动信息的感知过程,包括从局域运动检测到对模式整体运动的感知过程.我们以蝇视觉系统的图形-背景相对运动分辨的神经回路网络为基本框架,采用初级运动检测器的六角形阵列作为输入层,构造了一种感知视觉运动信息的简化脑模型,模拟了运动信息应该神经计算模型各个层次上的处理.该模型对差分行为实验结果作出了正确预测.本文并对空间生理整合的神经机制作了讨论.     

蝇视觉系统对目标的检测、识别与跟踪

对蝇复眼视觉指导的飞行控制行为进行了下述研究:(1)发现了蝇眼的图形-背景相对运动分辨能力随蝇日龄的增加而提高;(2)在蝇躲避障碍的飞行中,模式的空间频率差别是一重要的深度视觉线索;(3)证明了蝇视觉系统的视错觉与人类的某些视错觉存在着某种可比性;(4)两个亚视觉系统 R1-6与 R7-8对于图形-背景分辨行为所作的贡献不同.所有的R8光感细胞与具有长轴突的R7光感细胞在图形-背景分辨中扮演着重要的角色,其前馈的结构可能与小场景目标检测有关;(5)在Reichardt等提出的图形-背景分辨的生物控制论模型的基础上,对蝇视觉系统的细胞网络模型,提出初步设想.     

蝇视系统的图形—背景分辨和初级模式分辨

本文通过行为实验及计算机模拟进一步证明,蝇视系统的自发模式辨别可以看作是图形—背景分辨的特殊情况.关键在于蝇的模式分辨是由运动检测器实现的.运动检测器不仅对模式速度反应,也对模式的结构特性反应.本文提出,人视系统的模式分辨也可能部分地由运动检测器来实现.     

蝇视觉运动信息的神经计算原理(续)

3.蝇眼视觉运动计算模型的神经基础 在细胞水平上,蝇眼初级运动检测器得到了电生理记录实验的支持。同时,行为实验分析证实了存在两个平行的不同时空整合特性的控制系统——SF和LF系统。神经生理学的     

视觉图象-背景相对运动分辨模型

在蝇视觉相对运动神经计算原理的基础上,提出一个新的视觉图象-背景相对运动分辨模型.它包括(1)视觉图象-背景相对运动分辨的初级视觉加工,即运动图象的滤波加工;(2)视觉图象-背景相对运动分辨的中级视觉加工,即滤波器输出的运动图象与亮度边缘信息的平行整合加工.考虑到传统的计算机是串行加工方式,难以实时处理信息量巨大的运动目标图象,而且计算的原理与神经计算有着根本区别,建立了一个生物学似真的实时运动信息加工神经网络电子装置,在此装置上对模型进行检验,实现了目标图象与复杂的背景图象的实时高分辨率相对运动分辨.提出视觉残象在运动图象滤波中起着重要作用;运动视觉的孔径问题应分成两部分来处理:孔径问题引起的运动图象与背景分离不完整的问题,通过视觉的多通道信息的平行整合能得到较好的解决,而孔径问题引起的速度方向测不准在视觉整合中只能得到一定的补偿。     

视觉运动图象滤波模型及其实时模拟

在充满生存竞争的动物世界,视觉的伪装与反伪装现象随处可见,视觉反伪装的原理是什么？本文对Ｒｅｉｃｈａｒｄｔ的图形－背景相对运动分辨模型加以发展,提出了视觉反伪装功能的运动图象滤波器模型。为了检验此模型,我们建立了一个生物学似真的实时运动信息加工神经网络电子装置,实现了实时、高分辨运动目标图象滤波。与Ｍｅａｄ的人工视网膜的运动目标图象检测功能相比,检测的运动目标图象的分辨率有很大提高,而噪声水平显著降低,克服了人工视网膜的一些局限性。     

主观轮廓感知在运动中的增强

主观轮廓现象的研究对于探讨人类视觉系统中物体识别的形成机制有着重要的意义. 众多研究表明, 在运动和体视中形成的主观轮廓, 是由于存在着不能匹配的部分而产生的. 通过心理物理实验的研究, 试图说明Kanizsa类型主观轮廓同样产生于不能匹配的信息. 实验中采用了不同运动方式(包括水平运动和收缩扩张运动)的Kanizsa主观轮廓. 结果表明, 无论在哪种运动方式下, 当图形和背景单独运动时, 主观轮廓的感知都得到了增强, 并且两种运动间没有产生明显的感知强度差异, 而在图形和背景同时运动的情况下, 则没有产生主观轮廓增强的现象. 通过分析发现, 运动中的主观轮廓增强效应是由于不能匹配信息的增强而产生的. 这就间接地表明, 视觉系统对于不能匹配信息的处理是主观轮廓形成过程中关键的步骤.     

基于EMD和小波变换的运动分析

运动分析是视觉信息加工中的一个重要问题。本文利用Ｒｅｉｃｈａｒｄｔ的相关型初级运动检测器（ＥＭＤ）二维阵列可以有效地进行图象－背景相对运动分辨的特点,以及小波变换的频谱分析特性与人类视觉多频率通道特性相类似的性质,将ＥＭＤ模型、小波变换和图象的塔式结构处理有机地结合起来,提出了一种类似视觉信息加工方式的新的运动分析算法。计算机仿真结果表明,算法能够较好地模拟视觉运动检测的功能,与Ｈｏｒｎ＆Ｓｃｈｕｎｃｋ算法［１］相比,提高了运动估计的速度与精度。     

视知觉学习对于识别动态随机点立体图深度运动方向的作用

立体视觉不仅指对静态深度信息的感知,也包括对物体在三维空间中的运动方向的判断。本研究记录了人眼对于动态随机点图运动方向的辨别能力以及视觉训练在提高对动态信息分辨能力的作用。实验结果表明,对于没有任何相关经验的视力正常的受试者,很难分辨出动态随机点的深度运动方向,而视觉训练可以大大提高人眼对物体深度运动方向判断的敏感度。此外,这种视觉训练所达到的效果具有较长时间的持续性（至少6个月）。这种通过视觉训练提高受试者对立体运动信息的敏感度的方式为立体视觉相关的实验和研究提供了新的视角。     

不同屏幕角速度下条纹倾角对鲫鱼视觉运动反应特性的影响

视野结构(屏幕图形结构)对鱼类视觉运动反应的影响极为显著,但至今仍缺乏系统的研究。本文较详细地研究了不同屏幕角速度下条纹倾角对鲫鱼(Carassius auratus)视觉运动反应特性的影响,可为探讨鱼类对各种复杂图形运动的反应机制奠定基础,同时在渔业生产中也有一定参考价值。 选用健康鲫鱼作为试验鱼,体长范围 12.2—16.1cm,平均 14.2cm。试验日期为 1989年4月10日—5月 20日。水温范围 12.5—17.4℃,平均 15℃。水中照度范围 650—800lx,平均 725lx。     

猕猴在自由或限制条件下的视觉或听觉分辨学习

本工作观察了猕猴在自由或限制条件下学习视觉或听觉分辨的规律。在WGTA内动物对颜色分辨学习有很大的个体差异,主要表现为学习初期正确反应率在机率水平波动的持续时间的不同。猴在WGTA内完成亮暗、物体及图形分辨学习,以及在限制椅上完成颜色分辨学习也有类似情况。从同一只猴在WGTA内进行不同的视觉分辨任务的学习所得的结果表明,物体分辨和亮暗分辨学习比之颜色分辨学习要容易些,图形分辨学习则相对地比较困难。猴在限制椅上学习颜色分辨比在WGTA内需要更多的测试数。动物在限制椅上学习纯音音调分辨似乎更为困难。这些结果对神经精神药理学、心理生理学以及神经生理学研究中选择合适的动物实验模型有一定的参考价值。     

视觉交变现象的神经动力学方程解释

视觉交变现象是视觉感知研究中一个有趣而至今尚未得到圆满解释的问题。多数学者认为交变感知的出现是由于图形-背景之间的交替。Dodcoell认为,象Necker立方体、Schroder梯子、Mach书和蜂窝图之类交变图产生的交变感知,是由于视觉系统中“边”或“线”之类特征检察器疲劳(衰退)引起的。而Vickers认为交变现象是视觉系统中对图形-背景的一种决策过程。本文从神经动力学方程出发,构造一个理论模型,解释视觉感知中的交变现象。设视觉系统由三层不同功能的神经细胞组     

视知觉学习对于识别动态随机点立体图深度运动方向的作用（英文）

立体视觉不仅指对静态深度信息的感知,也包括对物体在三维空间中的运动方向的判断.本研究记录了人眼对于动态随机点图运动方向的辨别能力以及视觉训练在提高对动态信息分辨能力的作用.实验结果表明,对于没有任何相关经验的视力正常的受试者,很难分辨出动态随机点的深度运动方向,而视觉训练可以大大提高人眼对物体深度运动方向判断的敏感度.此外,这种视觉训练所达到的效果具有较长时间的持续性(至少6个月).这种通过视觉训练提高受试者对立体运动信息敏感度的方式,为立体视觉相关的实验和研究提供了新的视角.     

建立猕猴Go/NoGo视觉分辨任务的方法

在认知神经科学研究中，Go/NoGo模型是一种非常有效的研究方法。在本试验中，以两只猕猴为研究对象，采用Go/NoGo模型，以不同的视觉线索作为刺激来研究相关认知行为。结果表明猕猴能够很快学会Go/NoGo视觉分辨任务，而且对NoGo任务的完成要优于对Go任务的完成。本实验建立了一种有效的猕猴Go/NoGo视觉分辨实验的方法及计算机控制系统， 为进一步记录神经元活动建立了良好的基础。     

人──板系统最佳蹬伸动作的控制模型及数值分析

本文基于Hanavan模型和人体测量学参数,以人体各环节间的相对运动作为控制量,建立了人-板系统中起跳蹬伸动作的数学模型,给出了模型的数值计算方法,在此基础上给出了实现最佳蹬伸用力过程的计算实验途径与运动技术诊断方法。     

内容和运动方向感知计算模型

对视野中的物体及运动方向进行感知是视觉感知的基本问题之一,较高级视皮层从V1区的简单细胞开始分为两个通路：“What通路”和“Where通路”．前者对物体的形状、颜色、纹理等内容感知,后者对空间运动速度和方向等感知．本文利用仿脑视觉信息处理计算结构,研究视觉内容和运动方向上的感知计算模型、计算机理和学习算法．该计算模型是一个三层的神经网络,第一层是视觉信号输入层,用于接收外界图像刺激．第二层是神经信息内部表象层,与第一层的网络联结是通过神经元稀疏表象原理自适应形成神经元的感受野．为此,引入Kullback_Leibler散度描述神经元响应的独立性,极小化该代价函数导出网络联结权值的学习算法．从自然图像块中学习得到图像基函数,这些基函数具有局部性、朝向性和带通滤波性．这些性质与生理实验结果中的V1区简单细胞感受野特征相吻合．将这些基函数作为神经元的感受野,并在第三层对较高级视皮层的内容感知和运动感知神经元进行建模．在理想刺激中加入一定量的噪声后,该模型对内容和运动方向的感知仍有较高的准确率和较好的鲁棒性．最后给出的实验仿真结果说明模型的可行性和学习算法的简单有效性．     

建立猕猴Go/NoGo视觉分辨任务的方法

在认知神经科学研究中,Go/NoGo模型是一种非常有效的研究方法。在本试验中,以两只猕猴为研究对象,采用Go/NoGo模型,以不同的视觉线索作为刺激来研究相关认知行为。结果表明猕猴能够很快学会Go/NoGo视觉分辨任务,而且对NoGo任务的完成要优于对Go任务的完成。本实验建立了一种有效的猕猴Go/NoGo视觉分辨实验的方法及计算机控制系统,为进一步记录神经元活动建立了良好的基础。     

基于空间ICA和时间相关方法的人脑视觉皮层V5区的功能连通性研究

利用功能磁共振成像技术,将空间ICA和时间相关方法相结合来研究不同活动状态下人脑视觉皮层V5区的功能连通性。首先利用空间ICA处理组块视觉运动刺激的数据,定位V5区;然后分别计算静息和连续视觉运动刺激两种稳态下V5区与其它脑区低频振荡的时间相关,检测出该区的功能连通网络。实验结果表明,静息时V5区的功能连通网络更广泛,且与已知的解剖连通一致;当被试接受连续视觉运动刺激时,与V5区连通的脑区网络局限在视觉皮层,此时的网络特定于处理视觉运动这一任务。     

朝向和对比度同时快速变化条件下的分辨能力

在自然的视觉中,投射到视网膜上的视觉图像总是在不停地变化,而人类的感知系统依然可以准确高效地识别物体.因此,人类的感知系统有相应的快速处理机制以应对这种动态变化．然而,前人的实验都是在相对稳定的刺激条件下研究人类被试的感知系统对一个刺激参数的反应,比如在固定对比度下测试朝向分辨能力,或在固定朝向测定对比度分辨能力,而朝向和对比度同时变化时,人类对这两个参数的分辨能力仍然缺乏研究．因此,在本实验中,我们使用朝向和对比度同时变化的刺激,研究了人类被试对朝向和对比度的分辨能力．结果表明,在这种动态变化的条件下,被试对朝向和对比度的分辨阈值都有显著性的降低．而且,朝向分辨阈值降低的幅度与在固定对比度参数条件下的分辨阈值成负相关,即在固定对比度条件下朝向分辨阈值较高的被试,在朝向和对比度同时变化条件下,其朝向分辨阈值降低的幅度相对要大,朝向分辨能力也就相对地提高更大．对比度分辨能力也呈现同样的规律．这些结果说明,朝向和对比度的同时变化提高了被试对朝向和对比度的分辨能力,一个参数变化时其分辨能力越低的被试,两个参数变化时其分辨能力提高的幅度就越大．揭示了视觉系统处理这种多刺激参量信息变化的能力和机制,对人类视觉系统在真实的视觉过程中如何处理朝向和对比度信息提供了认识．     

感觉-运动系统参与隐喻理解的认知神经机制

最近十几年的研究发现,人们常借助感觉-运动经验来获取具体概念,表明感觉-运动系统与言语系统存在紧密联系.隐喻是借助具体概念描述抽象概念的常见修辞方式,因此,探讨感觉-运动系统在隐喻理解中的作用有助于解决抽象概念形成与理解的科学问题,进一步阐明感觉-运动系统与言语系统的关系.本文总结了研究感觉-运动系统参与隐喻理解所采用的实验范式,归纳了感觉-运动系统参与隐喻理解的影响因素,综述了与感觉通道、动作控制和执行有关的脑区参与隐喻理解时的认知神经机制,并且在此基础上,提出了以下观点:感觉运动经验有选择性地参与隐喻理解,理解过程依赖与感觉-运动有关脑区的激活;感觉运动经验的模拟不是快速即时的,受到语言理解策略的影响;在"具身提取理论"的框架下,"感觉运动模拟隐喻理论"能进一步说明感觉-运动系统与隐喻的相互作用.最后结合研究现状,从研究方法、语法规则、言语习得、运动障碍这四个方面提出了未来研究展望.