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行进的脑波有助于检测难以看见的物体

洛杉矶-(2020年10月7日)想象您上班迟到了,拼命寻找车钥匙。您已经看了整个房子,但似乎找不到任何地方。突然之间,您意识到您的钥匙一直都坐在您的面前。您为什么直到现在才看到它们?

现在,由约翰·雷诺兹(John Reynolds)教授领导的萨克研究所(Salk Institute)科学家团队发现了感知物体的神经机制的细节。他们发现,醒着的大脑的视觉系统中存在称为行进的脑波的神经信号的模式,这些模式被组织起来以使大脑感知微弱或难以看见的物体。研究结果于2020年10月7日发表在《自然》杂志上。

“我们发现,如果用行进的脑电波对物体进行可视化,则很可能会看到模糊的物体。这些波实际上有助于感知灵敏度,因此在某些时候您可以看到本来无法看到的东西”,该论文的资深作者,Fiona和Sanjay Jha神经科学主席的持有人雷诺兹说。“事实证明,这些行进的脑电波是一个信息收集过程,导致感知物体。”

科学家研究了麻醉过程中行进的脑电波,但认为这些波是麻醉的产物。然而,雷诺兹的团队想知道这些波在清醒时是否存在于大脑的视觉部分,以及它们是否在感知中起作用。他们将视觉皮层中的记录与尖端的计算技术相结合,使他们能够检测和跟踪行进的脑电波。

“为了理解感知的神经机制,我们需要开发新的计算技术来时刻跟踪视觉皮层中的神经元活动,” BrainsCAN资助的应用数学系副教授莱尔·穆勒(Lyle Muller)说。以及加拿大安大略省西部大学的脑与精神研究所,以及之前在Salk的Sejnowski实验室担任博士后研究员。“然后,我们使用这些计算方法来揭示神经系统中正在发生的变化,从而突然允许物体识别。”

科学家记录了大脑区域中神经元的活动,该区域包含完整的视觉世界地图。然后,他们在视觉感知任务期间跟踪行进的脑电波的轨迹。科学家将屏幕上的目标保持在能见度的门槛上,这样观察者只能在50%的时间内检测到目标,并在发现目标时进行记录。由于目标不变,研究人员认为观察者只有一半时间感知物体的能力必须归因于大脑内部神经信号的某些变化。

他们发现,大脑识别目标的能力与视觉系统中何时以及何处发生行进的脑电波直接相关:当行进的电波与刺激对齐时,观察者可以更轻松地检测到目标。这些行进的脑电波每秒发生几次,类似于一个体育迷体育场,该体育场先后站起来并举起他们的手臂,然后放下他们并再次坐下。团队认为,视觉系统似乎正在主动感知外部环境。

论文的作者,弗朗西斯·克里克(Francis Crick)主席萨克(Salk)教授特伦斯·塞诺夫斯基(Terrence Sejnowski)说:“大脑的自发活动似乎受到这些行波的调节。”“我们认为,电波是由局部神经元激发而在大脑中传播的活动的产物。”

该论文的共同第一作者,通讯作者扎克·戴维斯(Zac Davis)说:“我们在日常生活中以为我们正在正确地看到世界,但是实际上,我们的大脑正在填充难以看到的细节。”雷诺实验室的博士后研究员。“现在,我们发现了大脑如何将难以看到的信息编织在一起以感知物体。”

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