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心理所研究发现短时程单眼剥夺效应适用于自然场景刺激
作者: 中国科学院行为科学重点实验室 鲍敏研究组 吕利利 ║ 日期: 2020/04/24 

  

  人类的大脑无时无刻不在接收周围自然环境的刺激,经过漫长的物种进化和发展,人类的视觉系统发展出与自然环境相适宜的特性与功能。这一重要属性可以在视觉适应中被观察到。 

  一种特殊的视觉适应-——短时程单眼剥夺,近期引起广泛关注。在典型的短时程单眼剥夺研究中,在剥夺过程中,被试一只眼看到的是周围环境或视频画面,另一只眼被遮盖住或者看到的是经过某种处理后的画面。 

  已有研究对单眼剥夺效果的测量采用的都是实验室的简单合成刺激(如正弦光栅、白噪音等)。与合成刺激相比,自然场景刺激具有更加复杂的统计特征,与视觉系统的功能更相宜,能更有效地驱动视觉皮层神经元。因此,由合成刺激所测得的单眼剥夺效果不一定适用于自然场景刺激。 

  中国科学院行为科学重点实验室鲍敏研究组的科研人员,设计了一种基于自然场景刺激的稳态视觉诱发电位技术(图1A),通过立体镜给左右眼呈现不同频率闪烁(对比度反转)的自然融合刺激进行融合刺激测试(unfiltered test),直接检测单眼剥夺在自然场景下的神经效应。同时,在剥夺过程中,通过进行四组中间测试(interim test),追踪剥夺过程中神经反应的动态变化(图1B)。本研究同时考察了两种单眼剥夺类型:一种是模拟遮盖剥夺(mean-luminance),剥夺过程中非剥夺眼看到的是正常视频图像,剥夺眼看到的是平均亮度画面;另一种是相位规则剥夺(pink-noise),剥夺眼看到的是相位规则被打乱的图像(图1A)。

  

  

  1 实验流程与双眼竞争任务结果

    

  实验一中的中间测试所用刺激与剥夺适应刺激保持一致,不同之处在于闪烁周期和前后融合刺激测试相同,即剥夺眼刺激闪烁周期为6Hz,非剥夺眼为7.5Hz。在125分钟单眼剥夺前后用双眼竞争任务测试知觉眼优势变化(图1A),结果发现单眼剥夺增强剥夺眼的主导性(图1C),和前人研究结果相似。对于脑电测试,通过单样本t检验选择有足够强烈视觉反应的电极纳入分析。前后融合刺激测试结果显示,单眼剥夺使得神经眼优势偏向剥夺眼,表明剥夺眼神经增益增强。但令人困惑的是,四组中间测试的神经眼优势没有明显变化,这似乎与前后融合刺激测试结果相矛盾。研究推测,可能是中间测试刺激中较强的眼间抑制掩盖了神经眼优势的变化。 

  为了公平地与前后融合刺激测试比较,实验二中的中间测试的闪烁阶段刺激被替换为自然融合刺激,但是在测试过程中的间歇适应阶段(top-up)依旧与剥夺适应刺激一致。和实验一结果一致,剥夺后观察到知觉眼优势(图1D)和神经眼优势(图2)都偏向剥夺眼。更重要的是,在模拟遮盖剥夺条件下,在剥夺过程中,剥夺眼的神经增益随着时间逐渐增强(图2)。 

  

  

  2 实验二结果图,剥夺眼相比非剥夺眼的振幅比值在后测显著增大,在模拟遮盖剥夺(mean-luminance)条件下振幅比值在剥夺过程中逐渐增大

    

  总的来说,该研究揭示了短时程单眼剥夺效应可以在观看自然场景刺激时表现出来,为单眼剥夺中的稳态补偿机制理论拓展到一般性的自然场景刺激提供了证据。同时,科研人员首次用基于自然场景的稳态视觉诱发电位技术跟踪剥夺过程中眼优势逐渐变化的过程,这一方法有望在未来作为实时追踪自然适应环境下神经反应的一种强有力手段。 

  该研究的合作者包括脑与认知科学国家重点实验室的何生教授、蒋毅教授以及美国明尼苏达大学的Stephen A. Engel教授。 

  该研究受国家自然科学基金(31571112, 31871104, 3152501131830037) 和中国科学院重点部署项目(XDB02010003 QYZDB-SSW-SMC030)资助。研究结果在线发表于Neuroscience. 

  Lyu, L., He, S., Jiang, Y., Engel, S. A., & Bao, M*. (2020). Natural-scene-based Steady-state Visual Evoked Potentials Reveal Effects of Short-term Monocular Deprivation. Neuroscience. [Epub ahead of print] doi: 10.1016/j.neuroscience.2020.03.039.

  https://authors.elsevier.com/c/1atMY15hTtkrAY

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306452220301986?via%3Dihub 

  

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