中文摘要：

申请人用心理物理和清醒猴电生理实验手段，深入系统地研究了知觉组织、知觉学习和注意调控等视觉认知研究中的核心问题，取得了一系列重要的学术成果，特别是揭示了特异于任务的注意调控信号在视觉加工和知觉学习中的关键作用和机理。这些研究表明，即便是在图像信息处理的初级阶段，大脑就能够根据不同的任务，动态地调整视皮层神经元对图形元素进行组合和分割的方式和效率，以满足具体的检测和分辨任务的需要。在Nature Neuroscience、Neuron和PNAS等杂志上发表了系列的研究论文，他引总次数近700。多次在国际会议上作特邀报告，并为数部国外最新的认知神经科学权威参考书撰写章节。研究成果对于阐明知觉学习的脑机制、了解高级认知功能对视觉加工进行调控的方式和机理以及揭示视觉认知的神经机制具有重要的学术价值。入选教育部长江学者特聘教授和新世纪百千万人才工程国家级人选。

结论摘要：

视觉加工涉及由多个脑区组成的环路。传统理论认为，大脑处理视觉图像是按照从简单到复杂的顺序、沿着从低级到高级的皮层中枢逐步进行的初级视觉皮层负责抽提局部线段信息，这些局部信息随后被整合为全局轮廓，然后在高级视觉脑区形成对复杂图形的表征。与这种自下而上的观点截然不同，该项目的研究表明全局图形特征及其组成元素几乎同时在皮层环路中得到加工。使用植入式微电极阵列，该项目同时记录了猕猴两个不同等级的视觉脑区的神经元放电活动（初级的V1区和较高级的V4区）。研究发现，当猕猴对复杂背景中的轮廓线进行检测时，全局轮廓相关的神经活动首先出现在高级的V4中，随即轮廓信号在皮层环路中被快速放大。进一步的分析发现，脑区之间的前馈和反馈连接在轮廓整合中分别起不同的作用前馈连接负责在V4快速组装局部片段，形成一个粗略的全局轮廓模板；模板信息通过反馈连接调控低级皮层中的信息加工，增强图形信号并抑制背景噪音。这种多层级神经元之间的双向加工过程使得各级视皮层以不同精细程度同时表征整体图形特征。该机制可能是大脑解析复杂图像信息的普适机制。长期执行同一视觉检测任务会显著提升感知能力，即发生知觉学习现象，是大脑可塑性的表现。对知觉学习神经机制的认识一直存在很大争议，争论的焦点在于学习是发生在感觉信息编码阶段，还是源于负责读取和整合感觉信息并进行决策的高级脑区功能的改善，二者均可导致感知分辨能力的提高。此外，关于知觉学习的神经编码形式也一直不清楚。该项目在猕猴大脑V1区内植入微电极阵列，在猴子接受轮廓检测任务强化训练的整个过程中，对大量神经元进行了跟踪记录。运用神经信息解码的分析方法，研究发现V1神经元对视觉信息的群体编码能力随着每天的训练不断提高，这表现在神经元所携带的与任务相关的信息逐渐增加，而与任务无关的信息则被逐渐滤除，导致V1中图形-背景之间的反差信号不断增强，有利于高级皮层对有用信息的读取。此外，研究还发现感觉信息的读取过程也会在训练过程中被优化。这些变化可以很好解释猕猴的学习进步。这些发现为理解知觉学习的神经机制提供了直接的生理学证据。该项目的系列研究工作揭示了不同神经元以及不同脑区之间的相互作用在解析复杂视觉图像以及在知觉学习中的重要作用。