大脑如何编码颜色和形状

大脑如何编码颜色和形状

索尔克研究所研究揭示大脑如何使用重叠的视觉回路处理外部世界

拉霍亚—人眼可见的颜色和形状有数十万种之多，但大脑是如何处理所有这些信息的呢？科学家们此前认为，视觉系统最初是用不同的神经元组来编码形状和颜色，然后在后期才将它们结合起来。但索尔克研究人员的一项新研究（发表在 科学 2019年6月27日的研究表明，存在仅对特定颜色和形状组合做出反应的神经元。.

“新的遗传传感器和成像技术使我们能够更全面地检验处理颜色和形状的视觉回路之间的联系，” 爱德华·卡拉威, ，他也是索尔克系统神经生物学实验室的教授，这篇论文的资深作者。“这些发现为我们了解视觉通路在大脑中的连接和组织方式提供了宝贵的见解。”

与数码相机传感器类似，眼睛中的感光细胞（感光器）能探测特定范围和特定位置的光的波长。然后，这些信息通过视神经传到视觉皮层中的神经元，这些神经元会解读这些信息并开始辨别图像的内容。科学家们长期以来认为颜色和形状是分开提取的，然后在最高级的大脑中枢才会结合，但新的Salk研究所研究表明，它们在更早的时候就被结合了。.

“我们研究的目的是更好地理解视觉系统如何处理视觉刺激的颜色和形状，”共同第一作者、加利福尼亚大学圣迭戈分校 Callaway 实验室的医学博士/哲学博士学生 Anupam Garg 表示。“我们希望运用新的成像技术来回答这些关于视觉处理的长期存在的问题。”

研究人员利用成像技术结合基因表达的传感器，研究了大脑初级视觉皮层中数千个参与处理颜色和形状的单个神经元的功能。在长时间的记录过程中，大约测试了 500 种颜色和形状的可能组合，以找到最能激活每个视觉响应神经元的刺激。.

该团队发现，视觉神经元在连续的光谱中选择性地响应颜色和形状——有些神经元只会被特定的颜色或形状激活，而许多其他神经元则同时响应特定的颜色和形状，这与长期以来关于视觉处理如何工作的观点相反。.

“我们的大脑使用巧妙设计的电路高效地编码视觉信息。与课堂上所教的——颜色和形状在早期视觉皮层被分开处理，然后由未知的机制整合——不同，大脑以一种系统的方式将颜色和形状一起编码，”该论文的共同第一作者、Callaway实验室的博士后研究员李培超说。.

“在过去的 20 年里，我一直想知道视觉系统是如何处理颜色的，所以这个发现对我来说确实令人兴奋，”拥有文森特·J·科茨分子神经生物学讲席的卡拉韦说道。“这一发现为理解神经回路如何进行导致色觉的计算奠定了基础。我们期待在这些发现的基础上，进一步确定视觉皮层中的神经元如何协同工作以提取颜色和形状。”

其他作者包括索尔克研究所的 Mohammad S. Rashid。.

这项工作得到了美国国立卫生研究院基金（EY022577、NS105129 和 EY028084）、Gatsby Charitable Trust 和 Pioneer Fund 的资助。.

DOI: 10.1126/science.aaw5868