取向选择性

 1.取向选择性

取向选择性（orientation selectivity, OS）是视觉神经元对特定方向或角度的视觉刺激产生强烈反应的能力。这一现象最早由David Hubel和Torsten Wiesel在20世纪60年代通过猫的视皮层实验中发现，他们因此获得了1981年的诺贝尔生理学或医学奖（1）。视皮层中的许多神经元显示出对特定方向的视觉刺激（如水平、垂直或斜线）有较强的反应，而对其他方向的刺激反应较弱。取向选择性在视觉信息处理和物体识别中起着关键作用。

2.机制

取向选择性的神经机制主要涉及视皮层中的简单细胞和复杂细胞。简单细胞对光条的特定方向和位置高度敏感，而复杂细胞对光条的方向敏感，但对其位置相对不敏感（2）。这些细胞通过接收来自视网膜的不同输入信号，并在视皮层中整合这些信号，形成对特定方向刺激的选择性反应。此外，神经元之间的抑制性连接也在取向选择性中起重要作用，通过这些连接，神经元能够增强对特定方向刺激的响应，同时抑制对其他方向刺激的响应。

3.生理意义

取向选择性对于视觉系统的功能至关重要，它使得大脑能够高效地处理和解码视觉信息，进而进行物体识别和环境感知。例如，当我们观察一个物体时，取向选择性帮助我们识别物体的边缘和轮廓，从而更准确地感知物体的形状和位置。这对于日常生活中的导航、物体操作和社会交往等活动具有重要意义（3）。

4.研究方法

研究取向选择性的方法包括电生理记录、功能性磁共振成像（fMRI）和光学成像等技术。电生理记录通过微电极插入视皮层，记录神经元对不同方向视觉刺激的反应。fMRI技术则通过检测脑活动相关的血流变化来间接反映神经元活动。光学成像利用钙离子指示剂或电压敏感染料，实时观察神经元群体的活动模式（4）。

5.相关疾病

取向选择性的异常可能与多种视觉障碍和神经疾病有关。例如，弱视（amblyopia）患者的视皮层中取向选择性神经元的功能可能受到损害，导致视觉能力的下降。此外，自闭症谱系障碍（ASD）患者在某些情况下也显示出取向选择性处理的异常，这可能与其视觉感知和社会交往困难有关（5）。

参考文献：

1. Hubel, D. H., & Wiesel, T. N. (1962). Receptive fields, binocular interaction and functional architecture in the cat's visual cortex. The Journal of physiology, 160(1), 106-154.

2. Skottun, B. C., Bradley, A., Sclar, G., Ohzawa, I., & Freeman, R. D. (1987). The effects of contrast on visual orientation and spatial frequency discrimination: a comparison of single cells and behavior. Journal of Neurophysiology, 57(3), 773-786.

3. Ringach, D. L., Shapley, R., & Hawken, M. J. (2002). Orientation selectivity in macaque V1: diversity and laminar dependence. Journal of Neuroscience, 22(13), 5639-5651.

4. Ohki, K., Chung, S., Ch'ng, Y. H., Kara, P., & Reid, R. C. (2005). Functional imaging with cellular resolution reveals precise micro-architecture in visual cortex. Nature, 433(7026), 597-603.

5. Levi, D. M. (2013). Linking assumptions in amblyopia. The Visual Neurosciences, 2, 1522-1533.