科学家测量初级视觉皮层神经元对不同亮度表面的反应

每个视力好的人都知道光明和黑暗的区别。在晴朗的日子里，天空会形成均匀的蓝色表面，反射量可达30000 cd/m²然而，在黑暗的日子里，云可以把天空的亮度降低到5000 cd/m²或更少。随着夜幕的降临，天空变得更加黑暗，反射率低于1 cd/m²在灯火通明的城市里。

如果你问一个naïve主题是什么使一个场景明亮，你可能会被告知是光强度来自广阔的表面，比如天空。然而，如果你问神经科学家，你会得到一个复杂的答案。皮层神经元有专门的过滤器，称为接受域，被认为是被小的刺激特征激活，但被表面抑制。因此，神经科学告诉我们，表面知觉来自神经元对表面边界的反应，而不是表面内部。

换句话说，覆盖大部分视觉场景的大面积均匀天空之所以显得明亮，是因为它与陆地或水的边界具有很高的亮度对比，而不是因为它的表面非常明亮。正如你可能猜到的那样，一些神经科学家开始挑战这种解释，而我们问题的最佳答案是我们不知道。我们不知道我们是如何感知包括天空在内的大表面的，也不知道我们如何区分明亮的一天和黑暗的一天。

在一篇即将发表的新论文中细胞的报道在美国，科学家通过测量神经元对不同亮度表面的反应来解决这个长期存在的问题初级视觉皮层．主视觉皮层有两种类型的神经元发出光刺激信号(亮神经元)或暗刺激信号(关神经元)。

科学家现在证明小的明亮刺激只能激活大脑的一半大脑皮层神经元代表视觉空间中的同一点，即ON神经元。然而，大的明亮表面同时激活ON和OFF两种神经元类型，并且两者都增加了ON+OFF的皮质反应表面亮度还有表面尺寸。

他们还证明，亮度和尺寸之间的相互作用在自然界中已经存在，随着自然场景变得更亮，光表面也会变得更大。因此，与目前的观点相反，新的发现表明，明亮表面的内部和边缘都驱动强烈的皮层反应，当它们从初级视觉皮层产生最强的神经元群体反应时，场景就会变得最亮。

初级视觉皮层通过ON和OFF皮层通路发出光和暗刺激的信号。在这项研究中，科学家们证明了这两种途径对大型均匀表面产生了相似的响应增量，并且它们的响应平均值随着表面亮度的增加而增加。他们表明，在猫的视觉皮层中，当刺激小于一个接受野中心时，来自ON或OFF通路的反应优势是双态分布的，但当刺激大于一个接受野中心时，反应优势是单态分布的。

何况小亮刺激驱动ON和OFF通路的相反反应(增强和抑制的活动)，大的明亮表面驱动类似的反应增量。研究人员表明，这种大小-亮度关系的出现是因为强照明增加了自然界中光表面的大小，而ON和OFF皮层神经元都接受了丘脑通路ON的输入。他们得出结论，当来自ON和OFF皮层通路的平均反应增加时，视觉场景被认为更亮。

这项工作是由Reece Mazade和纽约州立大学视光学院何塞·曼努埃尔·阿隆索实验室的合作者完成的。它将于9月27日在网上发布细胞的报道．