本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
今天在“星期一宠物”栏目中，我们将回顾经典，谈谈视觉。
视觉可以说是我们（有意地）利用最多的感觉系统，因此弄清楚它是如何运作的非常重要。而这正是 大卫·休伯尔 和 托斯滕·维厄瑟尔 从 20 世纪 50 年代后期开始着手调查的。最终，他们的工作为他们赢得了 1981 年的诺贝尔生理学或医学奖。
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基本上，他们抓了一堆猫，给它们麻醉，然后在屏幕上向它们展示光线模式。与此同时，一些微电极被放置在猫视觉皮层中各个精确确定的位置，他们记录了电活动。
我发誓，这些可恶的猫是罪有应得。（但说真的，动物研究很重要，并且只有在没有其他合理替代方案时才应使用。）
您可能会问一个问题：您如何知道单个花瓣在哪里结束，下一个花瓣在哪里开始？您如何知道花朵在哪里结束，蜜蜂在哪里开始？这是一个价值 64000 美元的问题，不是吗？太靠近花朵可能会被蜇伤。花朵的美丽，即使是短暂的，也值得被蜇伤带来的痛苦吗？如果玫瑰不叫玫瑰，还会一样香甜吗？
但我要离题了。我们来这里是为了谈论科学，我们将继续谈论。
更普遍地说，您可能会问如何在视觉场景中检测任何边缘。正如您可能想象的那样，这是一个不平凡的问题 - 任何类型的物体识别的第一步都是检测物体在场景中开始和结束的位置。如果没有物体识别……好吧，生活会糟透了。非常糟糕。
在休伯尔和维厄瑟尔开始他们的工作时，人们已经知道视觉皮层是视网膜拓扑组织的，这意味着每个视网膜细胞都投射到视觉皮层中其自身的对应神经元。因此，如果将光点投射到视网膜上，使用带有微电极的单细胞记录，就可以定位到对来自视觉场中特定位置的刺激做出反应的皮层神经元。
人们还进一步了解到，视觉感受野分为兴奋性“开”视野和抑制性“关”视野，这些视野呈同心圆状排列，中心为“开”区，周围为“关”区，反之亦然。如果“开”区域受到光刺激，这些神经元就会放电。如果“关”区域暴露在光线下，这些神经元的放电就会受到抑制。
因此，您取一堆中心-周围细胞 - 假设这些细胞具有“开”中心和“关”周围 - 并将它们排列成一行。现在，如果您将光线投射到视网膜上，光线只与其中一个中心-周围细胞相交，那么单个细胞可能会放电，但这不会给您任何边缘信息。但是，如果旋转光线，使视网膜输入与整行中心-周围细胞重合，那么您将刺激整行细胞的“开”中心。并且由于这些细胞是视网膜拓扑组织的，您知道刺激每个细胞的单个“点”光实际上是排列成一条线的。
最终，休伯尔和维厄瑟尔发现，某些细胞或细胞柱对线条（即边缘）敏感，但仅对某些方向敏感。他们发现，某些细胞对特定方向的线条敏感，但仅当它们在视觉场中朝特定方向移动时才敏感。
有时，一段视频比任何文字或图片都更能说明问题。
视频很长，但完全值得一看。观看光线如何在视觉场的某些部分移动，并聆听。您听到的咔哒声是猫视觉皮层中神经元电放电的音频表示（尽管像任何 YouTube 视频一样，音频和视频有时会略微不同步）。请注意，某些细胞仅在“开”中心受到刺激时才会放电，但如果您同时刺激“开”中心和“关”周围，它们会相互抵消。请注意他们如何绘制各种边缘检测器的方向图，以及某些细胞如何对边缘在视觉场中移动的运动敏感。这是休伯尔和维厄瑟尔实验室的实际影片。
如果您想获得诺贝尔奖，这就是方法。进行研究，研究成果可以用视频清晰地传达，而无需任何文字。
Hubel DH, & Wiesel TN (2009)。《生理学杂志》(1959) 148, 574-591 的再版：猫纹状皮层中单个神经元的感受野。1959。生理学杂志，587 (Pt 12), 2721-32 PMID: 19525558