图灵不稳定性视角下的视皮层进化与发育模式研究

Abstract

灵长类动物的初级视皮层（primary visual cortex，V1） 拥有大量对朝向展现选择性（orientation selective）的兴奋性神经元，这一经典的实验现象自50年代由诺奖得主 Hubel & Wiesel 汇报起便吸引了广泛的研究，直至今日已取得众多突破性认识。其中，非齿类大目动物（Non-Glires）成熟 V1 神经元群的偏好朝向在空间分布上呈垂直方向一致，水平方向似周期（quasi-periodic）变化的特点。该空间分布模式被称为 Orientation Preference Map（OPM），其形成的机制吸引了众多理论神经物理学家的兴趣。OPM 如何从刚出生时的 absence 到成熟时的 presence 可以用非平衡统计物理中的图灵不稳定性来定量描述，该模型预测了V1 OPM拥有奇异点密度（pinwheel density）为圆周率常数 π 的跨物种 common design, 并于2010年由 (Kaschube et al., 2010, Science) 分析光学成像数据证实。这一轰动性的成果推断该 common design 是视皮层进化的必然结果，其形成只依赖 V1 神经元在静息态的自组织（self-organization）而非此前长期认为的由视网膜和丘脑调控。在之后的15年间不同实验室对不同物种的视觉实验证明了该推断的可靠性。因此，如何用图灵不稳定性的自组织理论定量理解视皮层在进化与发育中的模式形成（pattern formation）是本期读书会所关心的话题，我们将从实验和理论两个方面并行出发，回顾针对 OPM common design 探索的历史长河中两者如何互相启发并一步步揭开其神秘面纱。

邹立诚

Doctoral Researcher

My research interest focus on the application of mathematics and theoretical physices to neuroscience, especially in the analysis of neuronal networks and the computational mechanisms of long-term memory and visual encoding.