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如果你的眼睛欺骗了你,那么你应该责怪你的大脑。许多视觉幻像之所以起作用,那是应为我们所看到的与我们所期待的起了冲突。
对3D电影的赞美应该献给电影制作者,因为他们开发了双眼视觉,或者换一句话说是大脑将来自两眼中有轻微差异的图像融合并创造出一种深度感的方式。
这是一些例子,是为了说明大脑为了呈现出所“看见”的景象,而试着了解眼中的事物。大脑会将抵达视网膜的信号与大脑已经学会的模式相连接。这些所谓的模式,是人类在行走世界的过程中所学会的对自己期待的事物做出的大脑预测。人类大脑解决问题的方式是,根据经验或者知识,推断出最有可能引起视网膜下图像出现的原因。
自我调谐
科学家已经对视觉感知的复杂机制进行了探索,并提高了精准度。他们发现自我神经细胞会与检测到的特殊动作进行调谐:是向上,而不是向下;是向右,而不是向左;可朝向各个方向。这些居住在大脑中部短暂视觉区域的相同神经细胞,同样可以感知相对深度。
目前来自由Richard Born带领的哈佛大学医学院的研究团队揭露了这些神经细胞工作的关键性原理,解释了大脑是如何利用感知的信息来引导行为决定的。他们的发现发表于《神经元》(Neuron)杂志之上,阐释了用于解决感知“任务”的神经信号的性质和起源。
由于有了他们前面的研究,研究者们知道他们可以选择性的干预有关“深度”的信号,同时保持“动作方位”的信号不发生变化。他们想了解当视觉信息已经被接收,视觉刺激开始促使大脑做出抉择之后,大脑接下来会发生的变化。
是不是下一步便会以来自视网膜上(比如感官证据) “自下而上”的信息为基础呢?或者,像视觉幻象一样,源于大脑决策中心自上而下的信息会影响到视觉刺激的应答呢?
“我们已经发现了这里面存在着‘自下而上’促成信号形成的影响,”神经生物学的哈佛医学院教授兼该研究的资深作者Born说道。“这些发现告知我们一些有趣的东西,我们大脑是如何计算并将来自不同领域的信息相结合,以及这些信息又是如何影响行为的。”
选择性阻碍
这些实验还包含了非人类的灵长类动物,科学家将一些特殊的神经细胞冷却以达到短暂阻碍这些信号的目的。利用同样的方法,冰块可以减轻踝关节扭伤造成的痛苦,因为它可以抑制疼痛在神经细胞间的传递。
这个团队选择性的阻碍了提供视觉深度信息的途径。所谓视觉深度是指感知一个事物离观察者的距离,而不是动作方位。这些动物被训练着去观看屏幕上闪烁的圆点(这些圆点有点像过去老式电视机上出现的“雪花”)。然后当这些点突然一字排开,并且朝着某一个方向移动或者出现远近变化时,人们开始对这些动物进行探测。
如果动物监测到了这种方位的变化或者深度的变化,它们的眼睛会随着这些变化发生移动,而且会因此而获得奖励。
当神经元细胞失活之后,动物几乎不能探测到深度,但是它们对于方位的探测将不会受到影响。这告诉科学家们引发动物们做出决策的是一些前向式的信息,而不是反馈。他们的发现帮助解释了相对动作位置以及深度间相互工作的过程。
两条途径
“我们认为,将两条用于计算不同事物的途径在相同的神经细胞结合起来,是对视觉的影响非常重要的一件事,”Born 说道。“但是对于这些不同的计算,首先在将它们融合之前,你必须分别对它们进行计算。”
Born相信他们的工作一定有着其它的暗示。
“我们认为在视觉系统中发生的相同操作同时也发生在大脑较为高级的区域,那么只要理解这些回路,我们便能更加轻松的理解更加‘高级’的问题,”Born说道。
这项研究由塞克勒奖学金,Quan助学金,加拿大自然科学和工程研究协会,国家眼科研究所授予的R01 EY11379以及由视觉研究核心授予的EY12196共同赞助支持。