2012年6月5日出版的《當(dāng)代生物學(xué)》 （Current Biology, 22(11), 1040-1045. 影響因子 10.026）刊發(fā)了北京大學(xué)心理學(xué)系和機(jī)器感知與智能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室方方教授課題組的論文“Opposite modulation of high- and low-level visual aftereffects by perceptual grouping”，報(bào)道了他們利用心理物理學(xué)適應(yīng)技術(shù)研究人類視皮層信息編碼取得的新進(jìn)展。論文通訊作者是方方教授，第一作者是心理學(xué)系碩士生何東軍。研究合作者是美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)心理學(xué)系Daniel Kersten教授。
大腦對(duì)信息編碼和傳遞主要是通過神經(jīng)元的脈沖發(fā)放實(shí)現(xiàn)的，神經(jīng)元的這些活動(dòng)對(duì)能量的消耗很大。據(jù)理論估計(jì)，大腦中不會(huì)有超過百分之一的神經(jīng)元同時(shí)發(fā)放。這種能量消耗對(duì)神經(jīng)活動(dòng)的約束使得大腦必須對(duì)信息進(jìn)行高效編碼。高效編碼在理論上主要有兩種形式，第一種是單個(gè)腦區(qū)的稀疏編碼，即信息由該腦區(qū)內(nèi)少數(shù)神經(jīng)元的發(fā)放來編碼。第二種是多腦區(qū)間的預(yù)測(cè)編碼，即信息由盡量少的腦區(qū)根據(jù)認(rèn)知任務(wù)不同進(jìn)行編碼。雖然稀疏編碼已經(jīng)有來自神經(jīng)生理學(xué)的證據(jù)，但支持預(yù)測(cè)編碼的實(shí)驗(yàn)證據(jù)卻不多。方方教授課題組通過測(cè)量知覺組織對(duì)高級(jí)和低級(jí)視覺后效的調(diào)節(jié)作用來探討人類視皮層的預(yù)測(cè)編碼機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人類視覺系統(tǒng)將多個(gè)簡(jiǎn)單的局部視覺特征組織為一個(gè)復(fù)雜的整體視覺形狀時(shí)，高級(jí)形狀后效(shape aftereffect)增強(qiáng)，但低級(jí)的傾斜后效(tilt aftereffect)和對(duì)比度閾限升高后效(contrast threshold elevation aftereffect)卻降低。這些結(jié)果表明，當(dāng)高級(jí)形狀加工區(qū)知覺到視覺形狀時(shí)，向負(fù)責(zé)簡(jiǎn)單視覺特征加工的低級(jí)視皮層發(fā)送預(yù)測(cè)性反饋，這種反饋是抑制性的，從而降低低級(jí)視皮層的神經(jīng)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多腦區(qū)間的高效編碼。進(jìn)一步的雙眼間遷移實(shí)驗(yàn)表明，這種來自高級(jí)視皮層的抑制性反饋可以傳遞到初級(jí)視皮層的單眼神經(jīng)元。該研究的意義是，它不僅揭示了初級(jí)視皮層的新功能，為視覺信息的預(yù)測(cè)編碼理論提供了第一個(gè)心理物理學(xué)證據(jù)，而且挑戰(zhàn)了近二十年來知覺組織研究的一個(gè)主流觀點(diǎn)，即認(rèn)為知覺組織增強(qiáng)視覺加工各個(gè)階段的神經(jīng)活動(dòng)的觀點(diǎn)。
該研究由科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委和北京大學(xué)-清華大學(xué)生命科學(xué)聯(lián)合中心資助完成。
2012-06-05