64、视觉系统如何识别物体：原理与方法解析

视觉系统如何识别物体：原理与方法解析

1. 神经活动可视化方法——固有信号光学成像（ISOI）

1.1 ISOI原理

固有信号光学成像（ISOI）是一种重要的可视化神经活动模式的方法。它通过测量组织氧合的变化来估计神经活动。脱氧血红蛋白比氧合血红蛋白更能吸收约600纳米波长的橙色光，因此在橙色光下，脱氧血比含氧血看起来更暗。神经活动会消耗氧气，氧气从毛细血管床扩散补充，在神经活动增加后的几百毫秒内，氧气从血管中扩散出来。几秒后，额外的血液涌入该区域，为活跃的神经元补充葡萄糖和氧气，新流入的血液含氧量高。所以，神经活动增加会导致血氧含量先下降，随后缓慢上升，ISOI通常测量初始的血氧下降，而标准的功能磁共振成像（fMRI）技术则关注延迟的含氧血液流入。

1.2 ISOI操作步骤

• 准备工作 ：为了接近大脑，实验者通常在动物头骨上钻一个洞，切除硬脑膜；或者用钻头刮磨头骨，使其变得透明，这种头骨变薄技术能保持大脑和脑膜完整，允许在数天、数周甚至数月内进行重复成像。
• 数据采集 ：将特定波长的恒定光照射到大脑上，然后记录有多少光反射回显微镜。由于血氧合变化产生的固有信号非常小，仅占总反射光的0.01 - 0.1%，因此需要一个极其灵敏的低噪声相机来捕捉光学图像，并且通常需要对多个图像帧进行平均以去除至少一些噪声。
• 数据分析 ：将在一种条件下（呈现刺激时）获得的平均图像与在另一种条件下（无刺激时）获得的图像进行比较，两个图像之间的逐像素差异被解释为两种条件下神经活动的差异，这种减法图像分析方法