视网膜的神经节细胞空间传输特性的模拟.pdf

维普资讯 7 一 亡 7 ) 生物物理学报 第 儿卷 第 3期 1995年 9月 ACTA BIOPI~ ICA SlNICA VoLll No．3 S 1995 视网膜神经节细胞空间传输特性的模拟 李朝又 邱羞．±一 (中；国科学院生物物理研究所视觉信息裟处理开放实验室北京1001”01)LS(r，。-三fl／ 摘 要 。’ 以新近提 出的同心 圃感受野模型为基础 ．从感受野大范国外周 区内各亚 区之间的抑制性相互 作用几手，时视网膜神经节细胞的各种空间传输特性进行了模拟．通过改变外周亚区间抑制性相 互 作用的敏感度和有效范围，可逼真地模拟神妊节细胞的各种不同的面积反应函数，用该模型来处 理不同空间频率的正弦光栅时．它既能很好地传递 图像的高频成份 ，又可十分有效地提升被感受野 中心 ／外周拮抗机制所衰减了的低频信 息 此外，由于谣模型 引进 了外周亚 区间的抑制性相 互作 用，也解凌了其它模型所无法解释 的反应强度和感受野结构随囤彤背景像素的分布 密度而变化的这 一 自适应现象， 关键词：型 相互作用 。!墨 视网膜 去抑制镯 嗡 蚌嘲 1 引 言 l桶耪 Rodieck 曾提出一种高斯差模型 (Di＆r∞ceofGaus Function，简称 DOG模型)来定 量地描述视网膜神经节细胞感受野的输入 一输出特性 根据该模型，神经节细胞感受野的输 出被表示成两个面积和敏感性各不相 同的二维高斯分布 函数 的差值 后来，McIlwain发现 了 外周效应I21(peripheryeffect)，Ikeda Wright观察到在感受野外还有一条狭窄的去抑制带 ， 我们用分析面积反应函数的方法，发现在猫视网膜神经节细胞 和外膝体神经元 传统感野 外都存在着一个范围很大 (10度 以上)的去抑制区，这个区域对于传递大面积亮度和亮度 梯度 信息起着重要作用 为了模拟去抑制区的作用，我们提出了一个三高斯函数数学模型 。为 了模拟去抑制区的作用，我们提出了一个三高斯函数数学模型 来代替原来的DOG模型，其 中增加的第三个高斯项代表大范围去抑制区。这一模型的计算结果可 以十分近似地拟合视网 膜神经节细胞的面积反应函数。与DOG模型不同的是，经过这一模型处理后的图像，不仅保 持了图像边缘的增强，同时还能有效提升图像中的低空间频率成分，从而使缓慢变化的亮度 梯度信息得以传递。 最近，在单细胞电生理实验中，我们用面积整合的方法研究了猫视网膜神经节细胞感受野 的外周区的大小，发现这个区域的范围比用传 统的小光点刺激方法所确定的范围要大得多 此外，我们还观察到以下两个新的现象：(1)用两个独立的小光点分别单独刺激外周区的不 同 小区时，其对中心区反应的 制强度的代数和，大于它们 同时刺激外周区时对 中心的实际抑 制强度，其合成抑制强度随光点之间距离的增大而增强 ；(2)外周区内的背景光点阵的分布 会明显地改变细胞的反应强度和感受野的大小；背景光点越密，细胞反应越弱，感受野也变得 奉课题受国家 自然科学基金 (第)、国家 攀登计划 基金 (BFCM —LI)、中国科学院生物物理研究所视觉信息处 理开放实驻室基盘和国家基金委重点项 目(393301】0)基金资助 ． 维普资讯 生 物 物 理 学 报 1995年 越小 ；反之，点阵分布得越疏散 ，细胞 的反应越强 ．感受野也变大 。这些事实提示 ，外周 区可 能是 由一些小的亚 区组成，在外周区内的相邻亚 区之间存在着抑制性 的相互作用，这种抑制 区之 间的相互抑制很可能是产生去抑制作用 的基础 。据此 ，我们又提 出了一个 基于这种抑 制性相