中科大Cell子刊发表知觉研究新成果

　　

生物通报道：来自中国科大合肥微尺度物质科学国家实验室和生命科学学院，美国南加州大学的研究人员揭示知觉学习可以引起初级视皮层细胞相应反应特性的改变。这一研究成果公布在国际著名学术期刊《Current Biology》杂志上。

文章的通讯作者是中国科大合肥微尺度物质科学国家实验室和生命科学学院周逸峰研究员，和美国南加州大学吕忠林教授，前者早年毕业于中国科大生物系生物物理专业，现任中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室和生命科学学院研究员等，1983年始从事视觉神经生物学方面的研究。

知觉学习是个体从外界环境中提取信息提高能力的过程，反映了成年神经系统可塑性，研究知觉学习的细胞、分子机制，充分发掘该可塑性，可用于脑认知损伤和感知觉缺陷等患者的无创脑功能恢复治疗。虽然一般认为知觉学习可引起早期皮层的改变，但目前有关生理学证据很少。

为了揭示知觉学习的生理学基础，周逸峰研究员课题组与美国南加州大学吕忠林教授合作，结合心理物理学测量和麻醉状态下胞外单细胞记录的方法分别检验了猫对比度辨别训练对知觉表现和神经元的对比度敏感方程的影响。

他们发现，训练显著提高了猫对其空间频率在训练空间频率附近光栅的知觉对比敏感度，且训练眼效果更强。与行为学评测一致的是，训练组猫V1区神经元的平均对比敏感度显著高于未训练组。对于所有的训练组和非训练组猫，来自单个神经元的对比敏感度方程与行为学测定的知觉的对比敏感度方程高度相关。研究结果表明，行为学测定的知觉对比敏感度改善归因于训练诱导的V1区细胞对比度增益的提高。

周逸峰研究员和美国南加州大学吕忠林教授研究组还曾在PNAS上发表视觉研究成果，他们发现成人弱视患者的视觉系统可塑性高于正常人。这一发现不仅为成人弱视患者提高视力带来了新希望,提供了理论和实践依据,而且对大脑皮层可塑性的研究提供了新认识。

研究人员设计了一种实验,对成人弱视患者和正常人进行同样的空间视觉训练。一组为屈光参差性弱视患者,一组为正常人。在测量了两组被试者的视觉对比敏感度曲线以后,研究人员对他们在各自截止空间频率下训练,训练结束以后,再测试两组被试者的对比敏感度曲线。他们发现弱视患者的对比敏感度在训练后有显著提高,而正常人经过训练后变化较小。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Perceptual Learning Improves Contrast Sensitivity of V1 Neurons in Cats

Background
Perceptual learning has been documented in adult humans over a wide range of tasks. Although the often-observed specificity of learning is generally interpreted as evidence for training-induced plasticity in early cortical areas, physiological evidence for training-induced changes in early visual cortical areas is modest, despite reports of learning-induced changes of cortical activities in fMRI studies. To reveal the physiological bases of perceptual learning, we combined psychophysical measurements with extracellular single-unit recording under anesthetized preparations and examined the effects of training in grating orientation identification on both perceptual and neuronal contrast sensitivity functions of cats.
Results
We have found that training significantly improved perceptual contrast sensitivity of the cats to gratings with spatial frequencies near the trained spatial frequency, with stronger effects in the trained eye. Consistent with behavioral assessments, the mean contrast sensitivity of neurons recorded from V1 of the trained cats was significantly higher than that of neurons recorded from the untrained cats. Furthermore, in the trained cats, the contrast sensitivity of V1 neurons responding preferentially to stimuli presented via the trained eyes was significantly greater than that of neurons responding preferentially to stimuli presented via the untrained eyes. The effect was confined to the trained spatial frequencies. In both trained and untrained cats, the neuronal contrast sensitivity functions derived from the contrast sensitivity of the individual neurons were highly correlated with behaviorally determined perceptual contrast sensitivity functions.
Conclusions
We suggest that training-induced neuronal contrast gain in area V1 underlies behaviorally determined perceptual contrast sensitivity improvements.

作者简介：

周逸峰 男，1963年12月生，江苏扬州人。研究员，博士生导师。 　　

1982年7月获中国科大生物系生物物理专业学士学位; 1985年7月获硕士学位; 1989年1月至1990年8月为中科院上海生理所与美国犹他大学医学院解剖系联合培养博士生并于1991年4月获上海生理所博士学位。现任中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室和生命科学学院研究员，生命科学学院学位分委员会委员、学术委员会委员、生物物理博士点负责人。兼任中国科大儿童弱视、斜视研究治疗中心副主任。是北美神经科学协会会员和国际脑研究组织成员，《生物化学与生物物理进展杂志》编委、《中国斜视与小儿眼科杂志》编委。 　

1983年始从事视觉神经生物学方面的研究, 主持了霍英东青年教师基金、中科院院长基金、美国NIH项目子课题、中科院和国家基金委重大项目等20项研究课题，总经费达500多万元。系统地定量研究了猫丘脑外膝体细胞的方向敏感性，用大量证据表明猫视皮层细胞的方向选择性可能起源于皮层下结构, 从而对流行多年的传统学术观点作出了修正。1991年被国家教委授予"做出突出贡献的中国学位获得者"荣誉称号; 1992年被遴选为国家教委优秀年轻教师重点跟踪资助对象; 1993年获中科院青年科学家二等奖；1994年赴美国犹他大学从事合作研究；1996年荣获霍英东青年教师奖研究类二等奖；1997年荣获中国科学院自然科学二等奖（第二获奖人）；1998年1月至1999年3月以访问科学家身份在美国Brandeis大学生物系和复杂系统国家实验室从事视觉系统短时程突触可塑性方面的研究；1999年以青年科学家小组负责人身份进入中科院知识创新工程。2001年再次赴美国犹他大学从事有关灵长类视觉系统衰老的神经机制及可能的延缓途径方面的合作研究，工作发表在SCIENCE上并作重点介绍。

2004年入选教育部新世纪优秀人才。共在国内外核心刊物发表论文60余篇, 其中国际核心刊物(SCI)论文40余篇。经SCI检索，主要论文被引用300余次。已培养或合作培养硕士研究生13名，博士研究生11名。另有在读硕士研究生9名，博士研究生12名。