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陌生or熟悉,大脑如何区分?

大脑如何区分新事物和熟悉事物?

当我们看到熟悉的图像时,大脑中会发生一些独特的活动。主流科学观点认为,大脑的视觉部分――颞下皮层(IT)的活跃意味着我们看到了陌生的事物,反之,则证明我们看到了熟悉的事物,这种理论被称为“重复抑制”。

近日,美国宾夕法尼亚大学的神经科学家Nicole Rust及其团队在《美国国家科学院院刊》上发表论文称,他们并不认同该理论。即便都是陌生图像,不同的图像也会引发不同程度的激活;此外,图像亮度或对比度等其他因素也有类似的影响。由此,他们提出了一条新理论――大脑会理解感官输入所预期的激活水平,并对其进行校正,留下熟悉度相关的信号。他们称之为“感觉参照抑制”。

在我们视物的过程中,信息会通过视杆细胞和视锥细胞被眼部接收,然后经过一个又一个神经元,抵达被称为IT皮层的视觉大脑区域。IT皮层的1600万个神经元会根据看到的事物以不同模式激活,大脑则解读这些模式来理解接收的信息。此外,IT皮层的激活也在记忆方面发挥作用。“重复抑制”理论指出,存在一个激活阈值,神经活动较多(阈值之上)表明接收的是陌生图像,神经活动较少(阈值之下)则表明是熟悉图像。

由于有多个因素会影响IT皮层的神经活动总量,所以大脑无法辨别到底是什么导致了这种反应。论文作者、博士后研究员Vahid Mehrpour说:“这些影响因素可以是记忆、图像对比度或其他东西。因此,我们提出了一个新想法,大脑可以校正由其他因素引起的变化,单独抽取熟悉图像对大脑的激活。

为了验证这一想法,科学家们结合了神经活动测量和数学模型来明确大脑中的活动。他们向两只成年雄性恒河猴展示了一组灰度图像。每张图片在一系列高对比度和低对比度的组合中都会出现两次,第一次是陌生的,第二次是熟悉的。这些猕猴经过训练,可以在不考虑对比度的情况下,通过眼球运动来判断图像性质。观察结果最终证实了他们的假设,“熟悉度和对比度都会改变IT皮层的激活程度,大脑能区分它们。”Rust说。

Mehrpour说,在未来,更好地理解这一过程或许有利于人工智能应用。除此之外,Rust表示,这些发现还将推动阿尔茨海默氏症等记忆力受损疾病的疗法开发。但她表示,要实现这一切,还需要继续深入研究,理解驱动行为的记忆信号。不过,这项工作已经让神经科学家们离上述目标更近了一步。

科界原创

编译:花花

审稿:西莫

责编:陈之涵

期刊来源:《美国国家科学院学报》

期刊编号:0027-8424

原文链接:

https://medicalxpress.com/news/2021-04-theory-brain-familiar.html

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