摘要： 目的：特征绑定问题是指,大脑如何把分离的视觉特征绑定在一起形成完整知觉?一种可能的机制是,在视觉加工早期阶段,不同视觉特征由不同神经元群体进行编码,并在视觉信息处理的过程中逐渐整合,最终形成统一的客体知觉。但这一过程的神经基础尚未阐明,且特征在不同脑区混合与分离的程度存在争议。本研究从颜色和形状两个基本特征入手,探究猕猴V2和V4区神经元对这两种视觉特征的表征方式。同时,我们对比了卷积神经网络的卷积核与皮层神经元在编码颜色和形状方式上的异同。
方法：在麻醉的猕猴上,通过内源信号光学成像得到V2和V4区不同特征的功能图。通过双光子钙成像,采集不同功能区神经元的反应。视觉刺激为7种颜色×4种朝向的方波光栅。另外,在ImageNet图像集预训练过的Alexnet中,输入同样的光栅刺激,考察不同卷积核对颜色和形状的反应特征。
结果：1、在V2区,颜色信息在3类CO条带中均存在,但在thin条带中倾向于独立存在（纯颜色细胞）,而在其他条带中则倾向于和形状信息混合（颜色-形状双选择性细胞和纯形状细胞）。在V4区也类似,颜色glob中有比较多的纯颜色细胞,而在glob外,更多的是颜色-形状双选择性细胞和纯形状细胞。这说明不同视觉特征同时以分离和绑定的形式在这两个脑区存在。2、在神经元群体水平,颜色和形状选择性指数呈显著负相关,程度和V1类似。另外,双选择性神经元的比例并没有随皮层层级而明显递增。3、双选择性神经元的颜色调谐和形状调谐线性可分（separable）,相加和相乘模型的预测效果类似。4、在卷积神经网络的各层中,也存在纯颜色、纯形状和颜色形状双选择性三种类型的卷积核。和皮层最主要的不同是,相加模型比相乘模型预测效果更好。
结论：在猕猴的V2和V4区,单选择性细胞始终占一定的比例,特征混合程度并未随视觉皮层层级而增加。因此,特征的分离表征与混合表征共存,可能为后续进一步加工提供更丰富的信息来源。卷积神经网络存在与皮层类似的颜色形状表征,但特征联合调谐的方式不同。

关键词: 特征绑定, 视觉系统, 双光子钙成像, 功能结构