科學家揭秘運動視覺機制

為弄清運動和視覺之間的關系，美國哈佛大學研究人員觀察了動物自由漫游時，大腦中分析圖像的一個主要區域發生了什么。結果表明，當動物運動時，初級視覺皮層的圖像處理回路不僅更活躍，而且它們會從大腦的運動控制區域接收信號，這個區域與處理動物正在看的東西的區域是獨立的。近日，該研究結果發表在《神經元》上。

為了更好地觀察周圍的世界，動物在不斷運動。靈長類動物和人類使用復雜的眼球運動來集中視覺；鳥類、昆蟲和嚙齒類動物則通過移動頭部來做同樣的事情，甚至可以通過這種方式估計距離。然而，這些運動是如何在大腦用來“觀察”的復雜神經元回路中發揮作用的，在很大程度上仍是未知的。

過去視覺實驗的典型設置是這樣的：動物，比如老鼠或猴子，被注射鎮靜劑，并將其頭部固定在一個位置，然后給予視覺刺激，比如照片，這樣研究人員可以看到它們大腦中的哪些神經元會做出反應。但這并沒有闡明運動是如何影響用于分析的神經元的。

在新實驗中，科學家把每只大鼠放在一個籠子里，這個籠子兼作大鼠的家，并持續記錄它們的頭部運動。通過植入電極，科學家測量了大鼠運動時初級視覺皮層的大腦活動。數據顯示，平均而言，即使在黑暗中，在運動時，大鼠視覺皮質的神經元也比休息時更活躍，因為在一個漆黑的房間里，并沒有需要處理的視覺數據。這意味著這種活動來自于運動皮層，而不是外部圖像。

研究小組還注意到，運動時視覺皮層的神經模式在黑暗和光明中是不同的。研究人員使用機器學習算法對兩種模式進行了編碼。通過觀察大鼠視覺皮層的神經活動，科學家不僅能判斷出其頭部的移動方向，還能在它們做出動作前幾百毫秒預測出移動方向。