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大脑是如何感知熟悉但模糊的物体的

是什么样的脑内神经机制让我们可以迅速辨认出我们熟悉的图像,即使这些图像非常模糊?来自美国国家生理学研究所(National Institute for Physiological Sciences, NIPS)的研究者们正在研究这个课题。研究者们让大鼠在经过反复训练后进行视觉定向辨别任务(visual orientation discrimination task)。他们发现,比起高对比度的视觉刺激,响应低对比度视觉刺激的神经元数量有所增多。而且比起大鼠做出错误选择的时候,这些神经元的活动强度在大鼠做出正确选择时更大。这些神经元可以高效地传达低对比度的视觉刺激。因此,初级视皮层(V1)对低对比度图像的敏感性也许能够帮助我们提高分辨低对比度图像的能力。

我们很容易感知到熟悉的图像,如紧急出口图标,即使它被模糊处理(A)。(图片来源:Rie Kimura)

不同环境下物体的样子往往会发生一些变化,例如在昏暗的晚上或是大雾天气中,不同物体间的对比度会下降,分辨它们就变得困难起来。然而,如果你多次看见同一种物体,即使它变得模糊不清,你的大脑也能快速认出它来。我们辨认有着低对比度的熟悉物体的确切机制尚未研究清楚。

初级视觉皮层(V1)是大脑皮层中专门处理基本视觉信息的区域。在初级视觉皮层中,视觉反应的强弱能直接反映外部信息输入的强度。因此,理论上高对比度的视觉刺激会引起更强烈的反应,反之亦然。

在反复见到同样的图像后,一些神经元(用蓝色圈表示)对低对比度的视觉刺激表现出强烈的反应(用红色点表示)(B)。

(图片来源:Rie Kimura)

在这项研究中,Rie Kimura和Yumiko Yoshimura两人发现,大鼠在经过反复训练后,优先响应低对比度刺激的V1神经元的数量有所增加。对这些神经元而言,低对比度的视觉刺激会引起更强的反应,而高对比度的刺激则会引起较弱的反应。当大鼠正确地感知到一个低对比度的熟悉物体时,这些对低对比度刺激更敏感的神经元会表现出更明显的活动。《科学进展》(Science Advances)杂志中的文章首次提出,初级视觉皮层对低对比度刺激的敏感性以经验依赖的方式得到加强,从而很好地传达低对比度的视觉信息。这一机制能够帮助我们辨认出熟悉但模糊的物体。

(图片来源:pixabay)

Kimura说:“这种灵活的信息传达机制使我们能够辨别出任意对比度的熟悉物体。正是大脑的灵活性使得我们的感官如此敏锐,而你可能从未发觉这一点。人工神经网络模型不仅能像普遍认为的那样通过模拟对高对比度刺激敏感的神经元来复刻人类的感官,也考虑到了对低对比度刺激敏感的神经元,而这正是我们研究的主要方向。”

翻译:杜佳宇

审校:先雨

引进来源:美国国家生理科学研究所(National Institute for Physiological Sciences)

本文来自:中国数字科技馆
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