不撞南牆不回頭，可為啥我們就是撞不上？_風聞

​                 

《神經元》雜誌上的一項研究，讓我們有機會理解大腦為幫助我們四處走動究竟進行了怎樣的複雜計算。

枕位區示意圖。

要在這個世界上移動，就需要對周圍環境有所感知，尤其是對那些限制我們移動的因素，如牆壁、天花板和其他障礙物。

現在，一組神經科學家已經確定了人類大腦內一個專門用來感知周圍空間幾何形狀的區域。這個大腦區域會以閃電般的速度對我們所處環境內的空間限制進行編碼，並可能有助於我們對周圍環境的即時感知。

5月13日發表在《神經元》雜誌上的這項研究讓我們有機會理解大腦為幫助我們四處走動究竟進行了怎樣的複雜計算。

該研究由哥倫比亞大學的莫蒂默·b·祖克曼(Mortimer B. Zuckerman)大腦行為研究所和芬蘭阿爾託大學的科學家牽頭，也與旨在模仿人類大腦視覺能力的人工智能技術的發展有關。

“視覺讓我們幾乎立刻就能感覺到我們在空間中所處的位置，尤其是會注意到那些對運動產生限制的地面和牆壁的幾何形狀。這一過程毫不費力，但它需要多個大腦區域的協調活動。”哥倫比亞大學祖克曼研究所(Zuckerman Institute)首席研究員、論文資深作者Nikolaus Kriegeskorte博士説，“神經元是如何協同工作，進而讓我們對周圍環境產生這種感覺的，至今仍是個謎。通過這項研究，我們離解決這個難題又近了一步。”

實驗中，研究小組讓志願者觀看了不同的三維場景圖像。其中一幅圖像描述了一個典型的房間——有三面牆、天花板和地板。之後，研究人員有組織地對場景進行了改變：比如移除圖像中的牆壁或天花板。與此同時，他們會結合兩種尖端的腦成像技術（功能磁共振成像和腦磁圖）的來監測參與者的大腦活動。

論文第一作者、阿爾託大學神經科學和生物醫學工程講師Linda Henriksson博士説:“在我們有條不紊地修改圖像時，通過對每個參與者重複這些步驟，我們拼湊出了有關他們的大腦是如何編碼每個場景的答案。”

在大腦皮層，視覺信號首先被放到一個叫做初級視覺皮層的區域進行分析，然後再被傳遞到幾個更高層次的皮層區域，以便進一步分析。得到參與者的腦部掃描結果後，研究者發現大腦皮層處理的一箇中級階段枕位區(OPA)非常有趣。

“以前的研究表明，OPA神經元編碼的是場景，而不是孤立的物體。”Kriegeskorte博士説，“但我們還不知道這個區域的數百萬神經元編碼的場景是什麼樣子的。”

在分析參與者的腦部掃描結果後，Kriegeskorte和Henriksson發現OPA的活動反映了場景的幾何形狀，其模式反映了每個場景組件——牆壁、地板和天花板——的存在與否，傳達了有關場景整體幾何形狀的詳細圖片。

然而，OPA的活動模式並不依賴於組件的外觀，即牆壁、地板和天花板的紋理，這表明該區域會忽略組件的外觀，只關注其幾何形狀。大腦區域似乎能在短短100毫秒內完成所有必要的計算，以非常快的速度感知房間的佈局。

Henriksson博士説:“大腦感知周圍環境基本幾何形狀的速度表明，迅速掌握這些信息非常重要。”“關鍵是要知道你是在室內還是室外，或者你的導航選項是什麼。”

接下來，研究團隊計劃結合虛擬現實技術，為參與者創造更真實的3D體驗環境。他們還計劃建立模仿大腦感知環境能力的神經網絡模型。

Kriegeskorte博士説:“我們想把這些東西放在一起，建立一個更像人類大腦的計算機視覺系統，這個系統有專門的機制，就像我們在人類大腦中觀察到的那樣，可以快速感知環境的幾何形狀。”

◎編譯 | Max

◎審稿 |alone

◎責編 | 張夢

◎來源 | 《神經元》

◎期刊編號 |  1466-0822

◎原文鏈接：

https://www.sciencedaily.com/releases/2019/05/190513120743.htm

中文內容僅供參考，一切內容以英文原版為準，轉載請註明來源。