基于流形的大鼠初级视觉皮层视像整体特征识别研究.pdf

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1、AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterRecognitionofGlobalFeaturesinRats’PrimaryVisualCortexBasedonManifoldByHengLiSupervisor：Prof．LiShiControlTheoryandControlEngineeringSchoolofElectricalEngineeringMay2014关于学位论文的独创性声明本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为，否则，本人愿意承

2、担由此产生的一切法律责任和法律后果，特此郑重声明。学位论文作者(签名)：务挖日期：沙，够年6月乡日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅：本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者(签名)：务住日

3、期：沙f够年易月乡日摘要动物的视觉系统经过数亿年的进化，可以毫不费力的完成特定目标的识别，而且识别速度和效率是目前任何计算机视觉和人工图像处理方法所无法比拟的。初级视觉皮层作为视觉信息传递两条通路中的必经区域，源白视网膜的信息绝大多数都需经过该区域的加工处理后，传入下一级视觉皮层。因此，研究初级视觉皮层神经元在不同整体特征刺激下的响应特征，并根据相应的响应特征进行不同整体特征的识别，对于揭示视觉系统如何快速、准确的完成特定目标的识别，有着至关重要的意义。本文以LE大鼠为模式动物，利用初级视觉皮层的响应信号，对视像整体特征的识别进行了研究。主要工作以及研究结果如下：(1)测定了视觉刺激下

4、初级视觉皮层神经元响应的感受野。根据初级视觉皮层神经元对不同视觉刺激的响应特点，设计了棋盘格实验，并采用基于神经元锋电位发放率的反向相关法确定了神经元感受野的位置。结果表明：本例中植入电极位置附近的大多数神经元的感受野在屏幕的中心偏左的位置。同-N激出现在本文测定的感受野时，神经元的发放总数远远高于刺激出现在其他非感受野位置。(2)确定了神经元对整体特征的响应时间区间，并进行了验证。根据初级视觉皮层的神经元对轮廓、形状相同，而细节信息不同的视觉刺激，在响应初期表现出高度的相似性，本文在感受野内进行了同一整体特征不同局部特征的视觉刺激。由神经元锋电位平均发放率的变化来确定单个神经元对整体

5、特征的响应时间区间。通过统计初级视觉皮层中的多个神经元对整体特征的有效响应时间区间，得出一个具有普遍意义的规律：大鼠初级视觉皮层神经元对整体特征响应的区间在100ms和350ms之间。在使用了有效响应区间后，对不同整体特征的分类正确率得到了极大地提升。(3)提取了锋电位中的视像整体特征，并比较了不同特征中携带的整体特征信息量。本文在有效区间内统计了神经元集群的发放特征包括多个单神经元的平均发放率和发放间隔，根据最终的分类正确率来确定锋电位的响应特征中是否携搁费带了更多关于整体特征的信息。结果表明：锋电位的发放率和发放间隔都携带了与整体特征相关的信息，但相比之下，复合特征携带了更多的与整

6、体特征相关的信息。(4)利用不同的流形方法对提取到整体特征进行了整合。本文使用流形的非线性(等度规映射)和线性方法(主成分分析)对提取到的特征进行整合，并使用支持向量机对整合后的特征进行了分类。结果表明：其他条件相同的情况下，使用等度规映射整合Vl区神经元集群在不同整体特征刺激下的发放特征比使用主成分分析法整合的效果要好。关键词：初级视觉皮层整体特征有效响应区间流形支持向量机AbstractAbstractAfterhundredsofmillionsofyears’evolution，animals’visualsystemcaneffortlesslycompletethetask

7、ofdetectingandidentifyingspecialtargets．Itsspeedandefficiencyarebeyondcomparisonwiththoseofartificialcomputervisionandimageprocessingmethods．Invisualsystem，primaryvisualcortexisthehubofthetwoinformationpathways；thevastmajori