Was erklärt die Eigenschaften der rezeptiven Felder einfacher Zellen in V1?

Hier ist ein YouTube-Video eines Experiments von Hubel & Wiesel aus dem Jahr 1965 im visuellen Kortex. Das Video zeigt die Experimentatoren, die im ersten Teil des Videos das rezeptive Feld einer einfachen Zelle mit Symbolen skizzieren. Kreuze werden für Erregungsreaktionen und Dreiecke für Hemmungsreaktionen verwendet.

Wie im Video gezeigt, stieg die Feuerrate der Neuronen, wenn die Kante eines Lichtbalkens die oben links vorhandenen Kreuze berührte. Es ist nicht nur die Ausrichtung und Position des Lichtbalkens, sondern es scheint, dass die Kante des Lichtbalkens die Feuerrate definiert und somit das Empfangsfeld bestimmt. Das orientierte rezeptive Feld der Zelle scheint also in Bezug auf die Stimulusränder definiert zu sein, und nicht die hellen und dunklen Bereiche, die die Teile des rezeptiven Felds in der Mitte und außerhalb der Umgebung stimulieren. Es scheint, dass die einfache Zelle ausgelöst wurde, als die Kante des Lichtbalkens die drei Linien berührte, die durch Kreuzmarkierungen und Dreiecke in dieser bestimmten Ausrichtung gebildet wurden. Die betrachtete Zelle reagierte also auf Kanten an drei verschiedenen Stellen.

Ist mein Verständnis richtig? Bitte helfen Sie mir zu verstehen, wie orientierte rezeptive Felder, die mit dem Zentrum-Surround-Konzept aufgebaut sind, die Erregung am beobachteten Rand erklären. Vielleicht kann es als Derivat eines kastenartigen rezeptiven Feldes oder eines orientierten rezeptiven Feldes angesehen werden.

Antworten (1)

Die retinalen Ganglienzellen (RGCs) und die Neuronen im stromaufwärts gelegenen Nucleus lateralis geniculatum (LGN) haben beide relativ einfache rezeptive Felder, die in einer Center-Surround-Weise organisiert sind (Abb. 1).

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein
Abb. 1. Center-Surround-Rezeptorfeld in einer retinalen Ganglienzelle. Quelle: Pinterest

Im primären visuellen Kortex erhalten die einfachen Zellen Eingaben von mehreren LGN-Neuronen (Abb. 2). Indem diese Eingaben kombiniert und mit mehreren ON-Zentren und OFF-Umgebungen in Reihe (oder umgekehrt ) ausgerichtet werden, wird die Orientierungsselektivität in V1 erreicht. Das von Ihnen verlinkte Video entspricht Abb. 2C:

  • Mehrere ON-Zentren sind linear ausgerichtet und
  • Die EIN-Zentren sind sandwichartig zwischen linearen Anordnungen von AUS-Umgebungen angeordnet.

Dies bedeutet, dass

  • Die einfache Zelle reagiert maximal, wenn die EIN-Zentren beleuchtet sind und die AUS-Ränder nicht (Videoclip der ersten Minute);
  • Die Zelle reagiert nicht, wenn die AUS-Umgebungen beleuchtet sind (1:20-Punkt im Clip), unabhängig davon, ob die EIN-Zentren beleuchtet sind oder nicht; die Stimulation des gesamten ON-Center- und OFF-Center-Bereichs führt zu keiner Aktivität (2:30 im Clip).
  • Ein schräg zur HF gerichteter Stimulus führt ebenfalls zu Null-Aktivität, da sowohl der EIN- als auch der AUS-Teil stimuliert werden (1:50).

einfache Zelle
Abb. 2. Diagramme rezeptiver Felder einfacher Zellen im primären visuellen Kortex. Quelle: Stanford