视觉信号的初级处理发生在视网膜。视觉信号在光感受器细胞上形成输入,并被转换成电信号,经视网膜神经元回路传递至输出神经元—神经节细胞,形成动作电位,然后通过视神经进一步向视中枢传递。视网膜在其信息处理过程中受到视觉神经通路的解剖结构,神经回路当中的各种噪声,以及神经系统的代谢能量消耗等诸多因素的制约。本研究的目的就是了解视网膜在这些限制下是如何有效地对视觉信息进行处理和编码的。本论文第一部分主要利用离子通道模型研究视网膜视锥-水平细胞突触连接强度调节的可能机制。第二和第三部分运用多电极电生理结合理论分析对小鸡视网膜神经节细胞的时空编码模式及效率等特性进行研究,包括定量地探讨神经节细胞在对比度适应过程中的信息处理情况,以及考察神经节细胞群体对运动和自然影像刺激的时空反应模式。主要结果包括:1)重复性红光刺激诱发的视网膜亮度型水平细胞对光反应增强现象可能由突触后钙依赖的谷氨酸受体调节机制介导。2)在对比度适应过程中,神经节细胞的信息传递率伴随着发放率的急剧降低而有所减少,然而却导致神经节细胞适应后每次脉冲发放携带的信息量显著增加。而且,进一步的分析表明神经系统类似对比度适应的双边敏感性调节机制可能有助于神经元在噪声背景下的弱信号检测和处理。3)视网膜中非方向选择性的神经节细胞也可能以一种群体编码的方式参与运动信息处理。用单个神经元的放电频率来代表刺激的强度,而用群体时空放电模式来反应一些运动信息。而对于自然影像的刺激,群体神经节细胞可能以一种稀疏的反应模式进行编码。从这些结果可以看出,视网膜对外界信息的编码和传递体现了非常灵活的精简高效原则。视网膜的适应特性说明了视觉系统能够通过改变自身的敏感特性来更好地与周围环境相协调,既节省了发放动作电位所要的能量,又提高了对外界刺激探测的能力。另一方面,视网膜可以通过神经元群体的时空发放模式来对信息进行编码,这种模式不仅节省了储存大量信息所必需的神经元数目,有效地实现了信息之间的快速传递,同时也加大了对外界信号的识别和处理能力。