视觉错觉一直是科学和艺术领域备受关注的话题。当我们看到与实际感官输入不符的画面时,大脑到底如何处理这些不真实的视觉信息?近期加州大学伯克利分校与艾伦研究所(Allen Institute)合作的一项开创性研究,为我们解答了这个困惑已久的谜题。通过使用最先进的激光技术,科学家们首次精准激活了大脑中特殊的神经细胞群,揭示了视觉错觉形成的神经回路和细胞类型,为理解大脑视觉加工的复杂过程奠定了基础。视觉是一种动态的构建过程,远非简单的被动接收外界信息。研究显示,大脑通过复杂的计算和反馈机制主动"重组"视觉内容,从而产生错觉效果。科学家们发现了一种名为IC-encoder的神经元,这些细胞主要集中在大脑的初级视觉皮层,它们扮演着连接高阶视觉区域与低阶视觉感知区域的桥梁角色。
具体来说,外界视觉刺激首先被大脑低阶区域接收处理,随后信息被传递至高阶视觉区进行更深层次的解释与整合。随后,高阶区将加工后的信息反馈给低阶视觉区的IC-encoder神经元,指示它们完成"模式补全",即补齐不完整的视觉信息,形成连续的图像。研究团队以Kanizsa三角形为例,这是一种经典的视觉错觉图形,实际感官输入只含有几个半圆形,但人脑却会看到一个完整的白色三角形。科学家通过观察小鼠的脑电活动发现,当小鼠观看这类错觉图像时,IC-encoder神经元活跃度显著提升。令人惊奇的是,研究者还利用双光子全息光遗传学技术,直接用激光激发这些神经元,即使没有提供错觉图像,脑内的活动模式也与观看错觉时一致。也就是说,IC-encoder神经元能够单独触发视觉错觉的感知。
这种发现不仅说明大脑是如何"看见不存在的东西",更表达出神经元之间存在复杂的反馈循环,构建视感知的整体画面。大脑的反馈机制意味着视觉信息并非单向流动,上级视觉区域不仅被动接收信号,更会反馈指令至初级视觉皮层,调整感知内容。就像管理者向基层员工发布任务一样,上层大脑区域会"指挥"IC-encoder神经元完成视觉补全,从而体验到完整的图像。这种发现彻底改变了我们传统上认为的视觉感知模式,把视觉理解从单纯的被动接收,升级为积极的神经计算和构建。研究意义深远,不单影响认知神经科学领域,更对精神疾病的理解与治疗提出了新思路。诸如精神分裂症等神经精神疾病,患者大脑中往往出现异常的神经活动模式,导致错误的物体感知和幻觉等症状。
科学家指出,只有深入了解不同神经元群体如何协同工作,产生正确或错误的视觉表征,才能精准定位疾病根源,为未来的干预措施提供理论依据。此次实验得益于艾伦研究所的OpenScope项目,该项目向全球科学家开放最先进的脑科学设备,包括Neuropixels探针,能同时监测脑内多个区域的活动,实现毫秒级别的时间分辨率。通过六个分布于全脑的探针,研究人员直观记录了大脑不同层级之间的反馈信号,见证了视觉信息往返流动的动态过程。未来,这一技术手段将广泛应用于神经回路及脑疾病机制的研究,为脑科学领域开辟新天地。视觉错觉研究揭示了我们所感知的世界其实是大脑经过复杂计算呈现的结果,等同于一台高性能的电脑屏幕,显示的是经过处理和解释的信息,而非单纯的摄影机般的直接复制。过去的经验、记忆与神经反馈共同影响我们对现实的理解,也意味着视觉感知具有一定的可操控性和可塑性。
总之,激光激活大脑中IC-encoder神经元的技术不仅让我们窥见了视觉错觉的生成机制,也为未来认知科学、脑疾病诊断与治疗、人工智能模拟大脑开辟了无限可能。随着更多类似研究的推进,人类将更加深入地了解大脑如何从混沌的神经电活动中构建出丰富且精准的感知世界,解密人类意识的本质与神秘。 。
