视觉挑战期间的眼动追踪揭示了神经编码

“眼见为实”是一种和谐的表现，但不同的人看同一个外部世界，真的看到的是同一个东西吗?

“简短的回答是——不，”Liron Gruber 博士说。Ehud Ahissar 教授补充说：“即使是同一个人，每次看同一件事时也会有不同的看法。”

魏茨曼科学研究所脑科学系的 Gruber 和 Ahissar 在进行了一项研究后得出了这些结论，他们调查了魏茨曼数学家发现的人类视觉和计算机视觉之间有趣的差异。

这些研究人员由计算机科学与应用数学系的 Shimon Ullman 教授领导，他们发现计算机算法无论多么聪明，在解释被称为最小可识别配置或 MIRC(中间行)的图像片段方面都比人类差得多在上图中)——也就是说，在判断这些片段是从哪个对象(第一行)中派生出来的。此外，当研究人员逐渐裁剪或模糊 MIRC 时，计算机的识别率呈线性下降，而在人类参与者中，它在某个截止点(底行)突然下降。

格鲁伯意识到，涉及 MIRC 的实验可以提供有关人类视觉系统运作的大量数据。在早期的一项研究中，她和她的博士学位 Ahissar。advisor 已经表明，与广泛接受的观点相反，人眼不像照相机那样工作，只能被动拍摄快照。在后来发表在国家科学院院刊上的一项研究中，她和 Ahissar 与计算机科学家 Ullman 合作，对人类视觉进行了测试。

识别 MIRC 通常需要相对较长的时间——超过两秒，比识别整个物体所需的 300 毫秒左右长六倍多。研究人员记录了试图识别 MIRC 的人的眼球运动，并使用计算模型模拟了视网膜神经元的活动。

这些活动模式不仅随着不同的眼球运动而变化，而且还取决于人们是否设法识别图片中的物体。平均而言，识别需要用眼睛扫描四组图片中的不同点;在每个点上，眼睛都会向各个方向局部漂移数百​​毫秒。

结果表明，眼球运动与物体之间的相互作用对于识别至关重要。事实上，当研究人员取消物体与眼球运动之间的相互作用时——例如，通过与眼睛同步移动图片——研究参与者无法识别物体。

“视网膜不会复制外部世界——不像相机，它会在胶片上或以数字方式复制外部模式。相反，人类视觉是一个活跃的过程，涉及外部物体和眼球运动之间的相互作用，”Ahissar 说。“不同人的眼睛在看同一件事时会遵循不同的路径，即使是同一个人的眼睛也不会复制相同的轨迹，所以在某种程度上，我们每次看东西都是一次性的体验。”

那么大脑如何编码视觉现实呢?更准确地说，这种编码是如何从眼球运动和物体之间的相互作用中产生的?格鲁伯说：“当我们看一个物体或场景时，视网膜中每个感受器接收到的光的强度会随着每一次眼球运动而改变。由此产生的神经元活动模式可以被大脑解释并可能存储起来。”

这些发现代表了寻找神经密码的新方向——即信息如何在大脑中编码——与普遍存在的遗传密码不同，神经密码可能因大脑区域而异。研究结果表明，视网膜密码是一个动态过程的结果，在这个过程中，大脑与它通过感官遇到的外部现实相互作用。他们解释了为什么识别模糊物体或弄清楚视错觉需要时间——例如，在白色表面的黑色斑块中发现“隐藏的”达尔马提亚斑点狗：抓取如此复杂的图像需要用眼睛扫描。

一旦人类视觉——从眼球运动到神经编码——得到更好的理解，就有可能为视障人士开发有效的人工辅助工具，并教会机器人在具有挑战性的条件下识别物体方面赶上人类。

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