北京大学生命科学学院及麦戈文脑科学研究所唐世明课题组近日在Current Biology在线发表论文，利用该课题组最新发展的清醒猴双光子成像技术，发现初级视觉皮层V1神经元对复杂形状的选择性反应。

视觉是高等动物最重要的感觉，超过80%的外界信息经由视觉获得，视觉识别也是机器学习及人工智能研究的核心问题。初级视皮层V1是大脑视觉信息处理的第一站，自Hubel & Wiesel上世纪60年代在V1的开创性研究工作以来，经过该领域科学家们几十年的努力，建立了经典的视觉信息处理等级学说，初级视皮层V1神经元被认为是主要处理视觉形状中的局部朝向信息，V1也被认为是理解得最为透彻的视觉区域。

唐世明研究组在前期研究工作中，成功建立了清醒猴双光子成像技术(Neuron，2017)，在此项研究中，利用该技术研究了多达1000个V1神经元对近万个视觉形状的反应。结果发现，近半数的V1神经元对圆弧、角等复杂形状选择性反应，这些神经元虽然对线段的朝向也有选择性，但反应幅度通常很弱。这一发现表明，在视觉信息处理等级中，存在一个早期的复杂形状特征检测阶段，V1表层神经元作为形状检测器直接编码复杂的局部形状元素。这一研究成果可能改变以往人们对大脑视觉信息处理的认识，也对机器学习和人工智能研究有新的启发。

以往传统神经电生理研究主要利用微电极记录，对视皮层神经元采样很稀疏，使用的刺激数量也较为有限，可能只是看到了V1神经元反应的冰山一角。该项研究使用双光子成像，可以对视场内几乎所有神经元密集采样，在长期稳定的成像时间内，系统地研究V1神经元群对大量视觉形状的反应，因而能揭示视觉神经元反应的全貌。该项技术也能应用到其他脑区，研究选择性注意、工作记忆等脑认知功能的神经机制。

该项研究得到北京大学-清华大学生命科学联合中心、国家自然科学基金项目（317301093、0525016）、北京大学“985工程”项目、国家重点研发计划项目（2017YFA0105201）、北京市科委项目资助。

初级视皮层V1神经元对复杂形状的选择性

Tang S et al. (2017) Complex Pattern Selectivity in Macaque Primary Visual Cortex Revealed by Large-Scale Two-Photon Imaging. Current Biology. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2017.11.039.

参考文献：

Li M, Liu F, Jiang H, et al. (2017) Long-Term Two-Photon Imaging in Awake Macaque Monkey. Neuron, 2017, 93(5):1049.