大脑是如何创造一个不间断的世界景象的?

发布者:梁刚健发布时间:2023-03-09浏览次数:99

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原创 Julia Layton 




如果你曾经用摄像机拍摄过自己的电影,你可能会注意到,当你从一张图像切换到另一张图像时,画面会很不稳定。除了最稳健的人之外,在一个聚焦物体和下一个聚焦物体之间都有一个不稳定的过渡。但对我们大多数人来说,我们的眼睛——也就是我们大脑的摄像机——在快速浏览一个场景时,不会出现不稳定的过渡。无论我们如何快速或不稳定地改变我们的焦点,世界仍然是稳定的。


为了在快速眼球运动的情况下保持稳定,眼睛会对图像前后的镜头进行比较。现在,科学家们可能终于发现了其中的奥秘。


几十年前,科学家就知道甚至理解了这种现象。为了在快速眼球运动的情况下获得稳定的视野,眼睛会做一件令人惊讶的事情:它们会对每个聚焦图像进行前后拍摄,并进行比较,以确认稳定性。这听起来有点复杂,但这个过程本身很简单(也很巧妙):在你的眼睛真正感觉到一个物体之前,你的大脑会对这个物体进行自己的比较。它知道你的眼睛下一步要移动到哪里,并在我们有意识的视觉感知之前形成物体的图像。然后,当我们的眼睛以一种感觉的方式(意味着我们可以看到它)感知到这个物体时,我们的大脑已经为平稳过渡奠定了框架。没有晃动和不稳定。大脑已经预测了我们的眼睛将要看到的东西,并使用预期的图像进行比较,以确保在前一张照片和后一张照片之间的那一瞬间,世界确实保持稳定。



因此,这个过程是有迹可循的。  但科学家们至少花了50年时间试图找出大脑如何管理这一壮举。  发表在《自然》杂志网络版上的一项研究提供了对这一机制的深入了解,该机制让我们的大脑在眼睛看到之前就能看到我们的眼睛将要看到的东西。  科学家们认为,他们已经发现了一条神经通路,可以解释大脑对我们眼睛运动的预期。  (神经元是大脑中的信息载体。  它们形成路径,将信号从大脑的一个部分传递到另一个部分)。



在我们能够确切地理解这个过程是如何工作之前,我们需要了解一下大脑的各个部分




在我们讨论通路本身之前,让我们先定义研究报告中涉及传递信息的几个主要大脑区域:

中脑:中脑连接着大脑中控制运动功能和自主性耳、眼活动的部分。

丘脑:丘脑接收感官信息(来自耳朵和眼睛),并将其传递到大脑中处理特定感官数据的区域。它还有助于大脑各部分之间的运动信息交换。

运动皮层:运动皮层参与控制自主运动,如眼球运动。



丘脑位于躯体感觉皮层,运动皮层位于额叶。视觉皮层将数据传递给感觉皮层,告诉它我们的眼睛正在感知什么,然后感觉皮层解释它。




这项研究发现了运动皮层和视觉皮层之间的一条通路,它在眼睛实际移动之前就激活了视觉神经元。该研究的作者之一、匹兹堡大学的马克·索默(Marc Sommer)表示,运动皮层发出的信号告诉视觉皮层将注意力转移到眼睛计划下一步移动的地方。这条神经通路始于中脑,中脑可以从运动皮层获得与眼睛运动有关的数据。



这些数据表明了眼睛下一步要做什么——这是运动皮层发送给视觉皮层的信号的副本,该信号告诉眼睛移动。中脑神经元将信息传递给丘脑,丘脑将信息发送给视觉皮层神经元,告诉它们改变“感知窗口”以匹配即将到来的命令。新的、未被感知的图像从移位的窗口到达躯体感觉皮层,在那里,它很快与片刻之后同样的移位所感知的视觉图像结合在一起。当躯体感觉皮层解读来自初级视觉皮层的视觉信号时,它会将其与同一场景的先前视图进行比较。只要两个视图是相同的,它就解释为“稳定性”,并简单地过滤掉从一个视觉图像转换到另一个视觉图像的任何抖动。



该研究的作者希望这一发现能进一步理解其他不间断的感官转换,比如即使你把头转向不同的方向,也会不断地听到声音。



参考链接:

https://science.howstuffworks.com/life/inside-the-mind/human-brain/steady-view.htm