形状变形:研究人员改变猴子观看 3D 的方式

刺激大脑的特定区域会改变猕猴感知光学错觉的方式


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在您眼球的后部,被称为视网膜的活体投影屏幕上,您的角膜显示您周围世界的倒置 2D 图像。通过一些复杂的心理折纸术,您的大脑将这些平面世界转化为您所看到的一切事物的美丽 3D 模型。在一项新的研究中,研究人员通过刺激猴子大脑中特定的神经元簇,改变了猴子感知 3D 光学错觉的方式。研究人员认为他们调整的区域是 3D 建模发生的地方。

Peter Janssen 比利时鲁汶天主教大学的 和他的同事训练了两只猕猴来识别计算机屏幕上由点阵排列创建的 3D 形状——有点像流行的 Magic Eye 系列丛书中的错觉,不同之处在于猴子们佩戴了称为立体镜的眼镜,使图像突出显示。有时,3D 图像似乎弯曲到计算机屏幕中,就好像猴子们正在窥视留声机扬声器的开口(凹面图像);有时图像像交通锥的突出端一样向猴子们凸出(凸面图像)。Janssen 通过改变屏幕上点的密度、锐化或模糊图像,使识别 3D 图像变得更容易或更困难。

首先,Janssen 训练猴子在看到凹面图像时向左移动眼睛,在看到凸面图像时向右移动眼睛。然后,当猴子完成视觉任务时,他用微电极探测它们的大脑,寻找对凸面或凹面图像做出反应的神经元群。此前,Janssen 和其他人发现,大脑中称为颞下皮层的区域中的神经元会对图像和物体的复杂特征(如它们的形状)做出反应,因此 Janssen 专门探测了这个区域。果然,他发现当猴子看到凹面图像时会激发神经元簇,而当猴子看到凸面形状时会激发另一些神经元簇,Janssen 用微弱的电流刺激了这些神经元簇。

刺激改变了猴子报告他们所见事物的速度和准确性。如果猴子正在观看凸面图像,并且 Janssen 刺激了对凸面图像有偏好的神经元簇,那么猴子正确地向右移动眼睛的速度比在没有刺激的试验中更快。但是,如果猴子正在观看凸面图像,并且 Janssen 刺激了对凹面图像有反应的神经元簇,那么猴子通常需要更长的时间来报告他们所看到的内容,并且犯了更多的错误。有时,当图像足够模糊时,电“语”会说服猴子持续报告屏幕上实际内容的相反内容。Janssen 认为电刺激改变了猴子所看到的内容:刺激一组连接以识别凸面形状的神经元使凸面图像看起来比平时更凸;刺激同一组神经元使凹面图像看起来像凸面——特别是如果它一开始就很模糊。《Neuron》杂志 1 月 12 日刊登了这项研究成果。

Ed Connor 约翰·霍普金斯大学的 研究大脑如何识别物体,但他没有参与 Janssen 的实验,他对这项研究印象深刻,认为这是颞下皮层中的神经元积极参与 3D 建模的明确证据。“许多研究都是描述性的。它们测量神经活动和行为,并得出结论,如果神经行为 X 始终与行为 Y 相关联,那么 X 会产生 Y。但超越这一点并证明神经活动和行为之间的因果关系是一件强大的事情,”Connor 解释说。“这是一个引人注目的首例,证明了颞下皮层中特定神经代码的因果关系。”研究人员过去只使用电极直接改变物体识别几次,因为精确定位对物体复杂特征做出反应的神经元非常困难。德黑兰 Shahid Beheshti 医学科技大学的 Hossein Esteky 成功地使用了微刺激 来改变猴子区分面孔和其他图像的准确性。

Janssen 的目标不仅是操纵控制猴子所见事物的大脑区域,还要操纵决定猴子报告内容(无论是向右还是向左移动眼睛)的区域。“大脑中肯定有一个决策阶段,它会说向左走或向右走——神经元会观察颞下皮层的活动并做出选择,”Janssen 说。“操纵该区域将使我们能够绘制从纯粹的感觉方面到决策阶段的整个过程。”

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