科学家发现神经匹配视觉世界的复杂性

纽约大学的一组科学家发现，我们用来处理视觉图像的神经活动的复杂性反映了这些图像的复杂性。他们的研究为我们的大脑如何从眼睛捕捉到的光线中提取关于自然环境的信息提供了新的见解。

“为了有效地处理我们每天遇到的成千上万张图像，我们的大脑以与这些图像的特征同步的方式进行校准，”纽约大学博士后、该研究的主要作者Robbe Goris解释道。该研究发表在期刊上神经元．这项研究的其他合著者包括纽约大学神经科学中心的教授Eero Simoncelli和纽约大学神经科学中心的教授兼主任J. Anthony Movshon。

这项研究试图更好地理解“方向选择性”，这是我们大脑用来构建周围视觉世界表征的神经元的基本属性。在20世纪50年代末，Torsten Wiesel和David Hubel发现大脑神经元的活动初级视觉皮层在很大程度上取决于这些神经元所看到的视觉特征的方向——他们后来因此获得了诺贝尔生理学或医学奖。然而，并不是所有的定向选择神经元都是一样的。有些是非常有选择性的，只会被单一的方向(例如，一条垂直线)激活，但其他的选择性要小得多，会被许多不同的方向激活(例如，a垂直的线还有轻微倾斜的线条)。这种多样性的起源和目的多年来一直是一个悬而未决的问题。

在他们的研究中，纽约大学的研究人员测量了初级视觉皮层细胞的活动，并开发了一个数学模型，旨在预测单个细胞产生的活动的确切模式。该模型成功地再现了测量的活动模式，并揭示了多种机制对定向选择性的多样性负责。该模型认为，最重要的机制是大脑皮层神经元从大脑其他部位的神经元收集输入信息。

这一见解使研究人员能够系统地研究神经多样性的后果。他们计算了小组模型中多少信息神经元在回应真实世界的图像时集体传送。他们改变了这些群体的多样性，发现那些多样性与大脑多样性相匹配的群体传递的信息最多。

“大脑是一个令人困惑的器官，我们可能永远无法完全理解，”戈里斯说。“但有时，我们发现一个简单的原理可以很好地解释它的一些复杂性:视觉世界是多样化的，大脑似乎会模仿这种多样性，以最大限度地提取信息。”