環境記憶和視覺感知之間的神秘耦合

高全秀 編譯

人類的視覺影像是一個180度的平面。但是如果此刻你正在辦公桌上讀這篇文章,你會清楚地看到擺在桌上的一些東西——電腦、手機或者一些家人的照片。儘管輸入視網膜的是平面信息，但這些東西在你的腦海里是以豐滿的立體形式浮現的，所以你感受到的電腦、手機等物體也是立體的。

人類的大腦可以把你周圍過目匆匆的平面場景整合成一個連續的360度全景。於是人們會產生一個疑問：大腦是如何建立全景記憶的呢？

近日，哈佛大學的神經科學家們集中研究了這一過程的機理並獲得突破性進展，具體的研究成果已經發表在2016年8月26日的Current Biology（頂級生物學期刊之一）上面。該成果的突破性在於定位到了大腦中可以把來源於同一環境中不同視角的圖片聯繫在一起，形成無縫全景的關鍵區域，確定了兩個參與創造這些全景記憶的大腦區域——壓部後皮層（RSC）和枕葉位置區（OPA）——並證明當向實驗參與者展示自己前面和後面的圖片時，實驗參與者前面和後面的圖片引起RSC和OPA神經激活模式是相似的。這一發現表明這兩個區域在人們對周圍影像形成記憶的過程中起到重要作用。

該論文的第一作者的卡羅琳·羅伯遜（Caroline Robertson，哈佛學會的初級研究員）說：「儘管我們的視覺影像是有限的，只能看到展現在我們眼前的世界，但是在我們的腦海里可以浮現出對外界無縫的全景記憶，尤其是對熟悉的場所，例如自己的辦公室。」

「我們對周圍環境的理解很大程度上是由我們看不到的記憶所塑造的，我們知道在大腦中有一些細胞——像頭部方向細胞——能夠定位和再現自己在環境中的空間位置。」

卡羅琳·羅伯遜補充說，「對於人的視覺系統，我們僅知道它如何傳輸當下的視覺信息。我們想弄清楚的是記憶和視覺感知之間的相互聯繫，也就是大腦中可以把眼前場景和對環境的記憶整合在一起的交叉區域。」

儘管之前的研究已經證明大腦中存在特定區域負責加工看到的圖像並形成記憶，但是關於具體負責區域和作用過程就不清楚了。於是以卡羅琳·羅伯遜為主的科研團隊進行了進一步的研究並獲得上述突破。

建立記憶

當我們看到一個場景時，視覺信息會從視網膜傳輸到大腦，大腦擁有特定的區域負責處理我們看到的各種景象，而不是面部或者身體。這個特定區域能夠將我們看到的不連續的場景合并成一個連續無縫的全景。

為了找到參與大腦建立全景記憶的區域，卡羅琳·羅伯遜和他的同事們主要進行了兩部分實驗，該部分實驗是論文成果的主要證據。

在第一個實驗中，首先卡羅琳·羅伯遜和他的同事們使用虛擬現實眼鏡，向實驗志願者展示不同的波士頓年代筆架山附近的全景圖像。實驗志願者分為兩組，一組看到一系列連續的場景而另一組看到的是來自同一場景的不連續視角的拼接場景。

圖A，研究人員向實驗志願者展示360度的全景圖像；圖B 和圖C的記憶測試中，研究人員向實驗志願者展示360度全景視頻中角度相反的20對圖片。

研究人員展示完這些全景圖片之後，他們又向實驗參與者展示了一些圖像，並提問他們每對圖片是否來自同一個街角。研究人員發現看到連續的場景圖片的實驗參與者，會比看到不連續場景的參與者更好地判斷一對圖片是否來自同一個街角。

之後，他們向實驗參與者展示了一些場景圖片，並問他們這個場景是在街道的左邊還是右邊，期間用核磁共振掃描（MRI）檢測參與者的大腦活動。經過長達90多分鐘的實驗後,研究人員收集了許多含有大腦活動模式的數據，力圖從中找到相似點。

「在我們的數據分析中我們力圖尋找的是街角的不同影像引起的神經激活是否具有相似性」，卡羅琳·羅伯遜說。

卡羅琳·羅伯遜等研究人員通過分析MRI研究數據發現：不管場景如何呈現，作為大腦場景網路的一部分的海馬旁回位置區（PPA）總是產生相同的信號模式。與此同時，當向實驗參與者展示相關的圖片時，不同處理的實驗參與者的RSC和OPA區域活躍的信號模式是相似的，這表明這兩個區域在建立全景模式中起到了一定的作用。

激活大腦

最後一個實驗和前面實驗的唯一不同是在問實驗參與者景象圖片是來源於街角右邊還是左邊前，先在實驗參與者面前迅速地掠過一下主要場景圖片，研究人員希望這簡短的展示可以「喚醒」實驗參與者的全景記憶。

「一旦人的大腦建立了特定環境的全景，就會將所有的有相似特徵的圖片信息聯繫在一起，形成重疊和偶聯。所以可以提出這樣的假設：如果向你展示其中一個相關的圖片，它會暗中地觸發你腦海中相關聯的其他圖片」，卡羅琳·羅伯遜解釋說。「因此我們也發現：比起看其它不相關的全景圖片或者不提供主要場景圖片提示，假如實驗參與者被主要的場景圖片提示過，那麼他們會被喚醒得更快更準確」。

這項研究為視覺和記憶如何共同工作建立我們對周圍世界的理解提供了新的方向，該研究也為人工智慧的發展提供了理論指導。

「儘管我們只是獲得了周圍世界成千上萬離散的快照，同時這些離散的快照還要受我們眨眼的干擾，但這些並不影響我們對周圍環境建立豐滿立體的內在全景「，卡羅琳·羅伯遜補充說。」我們之所以能夠感受到一個平穩一致的世界，是因為我們在相互交流並相互影響著。同時，有證據表明人們當下看到的場景會和記憶里相似的場景相互作用，這些相互作用暗中引導了人們大腦中即將到來的感知經驗「。

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