科學家發現大腦編碼顏色和形狀的奧秘

人們可以從視覺上辨別成千上萬種不同的顏色和形狀，但是面對如此龐雜的信息，大腦是如何處理的呢？科學家們起初認為，視覺系統首先用不同的神經元對形狀和顏色進行編碼，下一步才是將它們結合起來。但是，索爾克研究所的研究人員於2019年6月27日發表在《科學》雜誌上的一項新研究表明，有些神經元對顏色和形狀的特定組合有特定的反應。

「新型的基因感測器和成像技術使我們能夠更徹底地檢測大腦中處理顏色和形狀的視覺神經元之間的聯繫。」索爾克研究所系統神經生物學實驗室的Edward Callaway教授說，「這些發現有助於我們解釋大腦中的視覺神經元是如何連接和交流的。」

與數碼相機感測器類似，眼睛中的感光細胞（感光細胞）可識別特定範圍內和特定位置的波長。然後將這些信息通過視神經傳到視覺皮層的神經元，隨後這些神經元識別信息並開始解讀圖片的內容。科學家們一直認為我們看到的物體的顏色和形狀是被神經元分開提取的，然後只在最高級的大腦中樞進行組合匯總，但是新的研究表明，大腦中顏色和形狀信息組合在一起的時間比我們認為的要早得多。

該文章的第一作者之一、加利福尼亞大學聖地亞哥分校Callaway實驗室的醫學博士Anupam Garg說：「我們研究的目標是更好地理解視覺系統是如何處理我們看到的顏色和形狀的。我們想應用新的成像技術來回答這些關於視覺信號處理的問題。」

研究人員將成像技術與基因表達感測器結合起來，研究了數千個參與初級視覺皮層顏色和形狀處理的單個神經元的功能。在長時間的記錄過程中，他們測試了大約500種顏色和形狀的可能組合，目的就是為了找到激活不同視覺神經元的特殊組合。

研究小組發現，視覺神經元對顏色和形狀的選擇識別是一個連續和統一的過程（雖然有些神經元只被特定的顏色或形狀激活），許多神經元同時對特定的顏色和形狀產生反應，這與長久以來人們對視覺神經元是如何對顏色和形狀產生反應的觀點恰好相反。

該文章的共同第一作者Peichao Li博士說：「我們的大腦可以很智能並且有效地編碼視覺信息。之前我們在課堂上學習的理論是——顏色和形狀在早期視覺皮層中被分開處理，隨後又被未知的機制整合在一起。而現在我們的實驗表明大腦以可以將顏色和形狀編碼在一起來處理，而不用將其分開處理。」

分子神經生物學家Vincent J.Coates說：「在過去的20年里，我一直想知道視覺系統是如何處理顏色信息的，所以這個發現對我來說真的很令人興奮。這一發現為理解神經迴路如何進行色覺計算奠定了基礎。我們期待著在這些發現的基礎上確定視覺皮層的神經元是如何協同工作來提取物體的顏色和形狀的。」

科界原創

編譯：小貝

審稿：三水

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