人們可以從視覺上辨別成千上萬種不同的顏色和形狀，但是面對如此龐雜的信息，大腦是如何處理的呢？科學(xué)家們起初認(rèn)為，視覺系統(tǒng)首先用不同的神經(jīng)元對形狀和顏色進(jìn)行編碼，下一步才是將它們結(jié)合起來。但是，索爾克研究所的研究人員于2019年6月27日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一項新研究表明，有些神經(jīng)元對顏色和形狀的特定組合有特定的反應(yīng)。
“新型的基因傳感器和成像技術(shù)使我們能夠更徹底地檢測大腦中處理顏色和形狀的視覺神經(jīng)元之間的聯(lián)系。”索爾克研究所系統(tǒng)神經(jīng)生物學(xué)實驗室的Edward Callaway教授說，“這些發(fā)現(xiàn)有助于我們解釋大腦中的視覺神經(jīng)元是如何連接和交流的?！?/p>
與數(shù)碼相機(jī)傳感器類似，眼睛中的感光細(xì)胞（感光細(xì)胞）可識別特定范圍內(nèi)和特定位置的波長。然后將這些信息通過視神經(jīng)傳到視覺皮層的神經(jīng)元，隨后這些神經(jīng)元識別信息并開始解讀圖片的內(nèi)容?？茖W(xué)家們一直認(rèn)為我們看到的物體的顏色和形狀是被神經(jīng)元分開提取的，然后只在最高級的大腦中樞進(jìn)行組合匯總，但是新的研究表明，大腦中顏色和形狀信息組合在一起的時間比我們認(rèn)為的要早得多。
該文章的第一作者之一、加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校Callaway實驗室的醫(yī)學(xué)博士Anupam Garg說：“我們研究的目標(biāo)是更好地理解視覺系統(tǒng)是如何處理我們看到的顏色和形狀的。我們想應(yīng)用新的成像技術(shù)來回答這些關(guān)于視覺信號處理的問題?！?/p>
研究人員將成像技術(shù)與基因表達(dá)傳感器結(jié)合起來，研究了數(shù)千個參與初級視覺皮層顏色和形狀處理的單個神經(jīng)元的功能。在長時間的記錄過程中，他們測試了大約500種顏色和形狀的可能組合，目的就是為了找到激活不同視覺神經(jīng)元的特殊組合。
研究小組發(fā)現(xiàn)，視覺神經(jīng)元對顏色和形狀的選擇識別是一個連續(xù)和統(tǒng)一的過程（雖然有些神經(jīng)元只被特定的顏色或形狀激活），許多神經(jīng)元同時對特定的顏色和形狀產(chǎn)生反應(yīng)，這與長久以來人們對視覺神經(jīng)元是如何對顏色和形狀產(chǎn)生反應(yīng)的觀點恰好相反。
該文章的共同第一作者Peichao Li博士說：“我們的大腦可以很智能并且有效地編碼視覺信息。之前我們在課堂上學(xué)習(xí)的理論是——顏色和形狀在早期視覺皮層中被分開處理，隨后又被未知的機(jī)制整合在一起。而現(xiàn)在我們的實驗表明大腦以可以將顏色和形狀編碼在一起來處理，而不用將其分開處理。”
分子神經(jīng)生物學(xué)家Vincent J.Coates說：“在過去的20年里，我一直想知道視覺系統(tǒng)是如何處理顏色信息的，所以這個發(fā)現(xiàn)對我來說真的很令人興奮。這一發(fā)現(xiàn)為理解神經(jīng)回路如何進(jìn)行色覺計算奠定了基礎(chǔ)。我們期待著在這些發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上確定視覺皮層的神經(jīng)元是如何協(xié)同工作來提取物體的顏色和形狀的?！?/p>
原創(chuàng)編譯：小貝 審稿：三水 責(zé)編：張夢
期刊來源：《科學(xué)》
期刊編號：0036-8075
原文鏈接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-06/si-dht062719.php
