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哪边是哪边?大脑如何感知边界

医学研究 2022-06-21 21:55:15

在经典的鲁宾花瓶视错觉中,大脑中的神经元必须决定黑白之间的边界是属于白色区域还是属于黑色区域,这决定了你是将场景感知为白色背景上的黑色花瓶,还是黑色背景上的白色面孔

信用:会说话的脸

0 在经典的“鲁宾花瓶”视错觉中,你可以看到一个精心制作的弯曲花瓶,也可以看到两张脸,鼻子几乎碰到一起

在任何给定的时刻,你感知到的场景取决于你的大脑是将中心花瓶形状作为画面的前景还是背景

现在,约翰·雷诺兹教授和高级博士后汤姆·弗兰肯在理解大脑如何决定视觉b级的哪一侧是前景物体,哪一侧是背景方面取得了进展

这项研究发表在2021年11月30日的《eLife》杂志上,揭示了大脑各区域如何通过交流来解读感官信息,并构建我们周围世界的图景

索尔克生物研究所的菲奥娜和桑杰·贾神经科学讲座的主持人雷诺兹说:“大脑组织和产生外界表象的方式仍然是当今神经科学领域最大的未知数之一。”

“我们的研究为大脑如何处理边界提供了重要的见解,这可能有助于更好地理解感知被破坏的精神疾病,例如精神分裂症

" 当你看到眼前的场景时,大脑皮层中的单个神经元各自接收场景中某个微小区域的信息

因此,从对象边界接收信息的神经元几乎没有关于哪一侧是前景的初始上下文

然而,科学家此前发现了一组细胞,它们可以非常迅速地发出信号,表明边界的哪一侧属于该物体(“边界所有权”);毕竟,深度感知和辨别眼前物体的能力对生存至关重要——那是路缘还是阴影,是岩石还是洞穴? 大脑中的这些神经元到底是如何计算边界归属的还不清楚

一些科学家假设,随着来自眼睛的信息通过大脑,进入更下游(更深)的区域,每个区域都会发生额外的计算,直到你的大脑建立了视觉场景的模型

这被称为“前馈”路径

但是其他科学家假设了“反馈”途径的重要性,在这种途径中,大脑的下游区域必须首先处理信息,然后将这些线索发送回上游区域的神经元,以帮助它们找出边界归属

雷诺兹和弗兰肯着手确定哪个假设是正确的

当动物在空白背景上观看正方形物体的图像时,他们使用电极记录大脑皮层不同层神经元的活动

科学家首先确定哪些特定的神经元正在处理来自划分正方形和背景的一小部分边界的信息;然后,他们测量了这些神经元中边界所有权信号的时间,并比较了不同层神经元的时间

“我们发现,关于边界所有权的最早信号发生在大脑皮层深层的神经元中,”医学科学家弗兰肯说,他得到了美国国立卫生研究院K99独立路径奖的支持

“这支持了反馈通路对于破译边界的重要性,因为反馈连接到达和离开深层神经元

" 研究人员还观察到,垂直堆叠在皮层不同层的神经元倾向于共享相同的边界所有权偏好

例如,某些列的神经元偏好边界左侧是对象的场景,而其他列的神经元偏好边界右侧是对象的场景

Franken解释说,这些发现表明反馈实际上可能是以系统的方式组织的,这是进一步研究的一个有希望的途径

弗兰肯说:“随着我们逐渐了解大脑的结构,以及神经元群如何相互交流以建立我们对外部世界的内部表征,我们更有能力开发诊断工具和治疗大脑疾病的方法,在这些疾病中,这些内部表征被扭曲了,比如精神分裂症。”

“与精神分裂症相关的幻觉和妄想可能与前馈-反馈回路的中断有关

" 接下来,Franken将在这些结果的基础上进行实验,以调查反馈所传达的信息如何有助于边界的处理

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