神经科学家发现证据表明大脑的颞下皮层可以识别物体

当眼睛睁开时，视觉信息从视网膜通过视神经进入大脑，大脑将这些原始信息组装成物体和场景。

科学家们先前假设，物体是在颞下皮层(IT)中被区分的，它接近信息流的末端，也称为腹侧流。麻省理工学院神经科学家的一项新研究提供了证据，证明情况确实如此。

利用人类和非人类灵长类动物的数据，研究人员发现IT皮层的神经元放电模式与物体识别任务的成功密切相关。

“虽然我们从之前的工作中知道，下颞皮层的神经元群活动可能是视觉物体识别的基础，但我们没有一个预测图，可以准确地将神经活动与物体感知和行为联系起来。这项研究的结果表明，从IT人群活动的特定方面到行为的特定地图在所有类型的测试对象中都是高度准确的，”麻省理工学院大脑与认知科学系主任、麦戈文大脑研究所成员、该研究的高级作者詹姆斯·迪卡洛说神经科学杂志．

这篇论文的主要作者是Najib Majaj，他曾是DiCarlo实验室的博士后，现在就职于纽约大学。其他作者是前麻省理工学院研究生Ha Hong和前麻省理工学院本科生Ethan Solomon。

区分对象

沿着腹侧流的早期停留被认为是在处理基本的视觉元素，如亮度和方向。更复杂的功能在脑流的更远处发生，物体识别被认为发生在IT皮层。

为了研究这一理论，研究人员首先要求人类受试者执行64项物体识别任务。其中一些任务“非常简单”，Majaj说，比如区分苹果和汽车。其他的——比如区分两张非常相似的脸——是如此的困难，以至于被试的正确率只有50%。

在测量了人类在这些任务中的表现后，研究人员向他们展示了同一组近6000张图像非人灵长类动物他们记录了大脑神经元的电活动下颞皮质和另一个被称为V4的视觉区域。

168个IT神经元和128个V4神经元中的每一个都对一些物体做出反应，但对其他物体没有反应，创建了一个放电模式，作为每个物体的独特签名。通过比较这些特征，研究人员可以分析它们是否与人类区分两个物体的能力相关。

研究人员发现，IT神经元的放电模式，而不是V4神经元，完美地预测了他们所看到的人类表现。也就是说，当人类无法区分两个物体时，这些物体的神经信号非常相似，以至于无法区分，而对于那些人类成功区分的物体，其模式则非常不同。

“在简单的刺激下，它表现得和人类一样好，而在困难的刺激下，它也失败了，”Majaj说。“我们在行为和神经反应之间有很好的相关性。”

研究人员说，这些发现支持了一种假设，即IT皮层的神经活动模式可以对物体表征进行足够详细的编码，从而使大脑能够区分不同的物体。

模型的性能

研究人员还测试了超过10,000个其他可能的大脑编码模型对象表示。这些模型根据大脑中的位置，所需神经元的数量和时间窗口而变化神经活动．

其中一些模型(包括一些依赖V4的模型)被淘汰了，因为它们在某些任务上比人类表现得更好，而在另一些任务上表现得更差。

Majaj说:“我们希望神经元的表现在模式上与人类的表现完美匹配，因此简单的任务对神经种群来说很容易，而困难的任务对神经种群来说很困难。”

研究团队现在的目标是收集更多的数据，以确定这个模型或类似的模型是否可以预测儿童的行为困难对象识别在每一张视觉图像上——比目前测试的更高的标准。这可能需要在模型中加入本研究中不需要的其他因素，因此可能暴露出科学家目前对物体神经表征的理解中的重要空白。

他们还计划扩展模型，以便根据视觉流早期部分的输入来预测IT部门的响应。

Majaj说:“我们可以开始构建级联计算操作，从视网膜上的图像慢慢地经过V1、V2、V4，直到我们能够预测IT中的人口。”

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