内侧颞叶皮层整合视觉空间序列助力物体感知:揭示视觉认知新机制

【字体: 时间:2025年05月09日 来源:Cognition 2.8

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  在视觉感知中,物体认知存在不同时间尺度。为探究内侧颞叶皮层(MTC)作用,研究人员结合多种方法研究。结果发现 VTC 支持快速视觉推断,MTC 整合 VTC 输出助力复杂推断。该研究揭示了视觉感知神经机制,为理解大脑视觉功能提供新视角。

  在日常生活里,人们看东西时,有些一眼就能识别,比如看到毛茸茸的耳朵、一条短尾巴,瞬间就能判断出是只猫咪;可有些东西却需要端详好一会儿,像复杂的机械零件,得仔细瞧瞧各个部分才能知道是什么。从科学角度来讲,人类和其他灵长类动物的视觉感知有着独特的时间结构。许多视觉属性能 “一眼” 推断出来,这得益于腹侧颞叶皮层(Ventral Temporal Cortex,VTC),它能在短时间内处理视网膜输入的信息,完成快速视觉推断。然而,并非所有视觉推断都能这么轻松完成。由于灵长类视觉系统存在生物学限制,高分辨率视觉信息只集中在中央视野(即中央凹),人们每秒大概要转移 3 次视线,所以有些物体的识别需要多次 “扫视”。目前,虽然对灵长类视觉前馈过程了解不少,但对于能整合视觉空间序列的神经机制却知之甚少。
为了解开这个谜团,来自国外的研究人员开展了一项深入研究。他们综合运用病变研究、电生理记录、计算模型和心理物理学实验等多种手段,对 VTC 和 MTC 在视觉物体感知中的作用进行探究。这项研究成果发表在《Cognition》杂志上,为理解大脑视觉功能提供了重要依据。

研究人员运用的关键技术方法主要有:一是利用包含 MTC 受损和未受损人类参与者表现的数据集(Barense 等人,2007 年),研究 MTC 在长时间视觉推断中的作用;二是通过在实验室进行眼动追踪实验,监测参与者完成任务时的注视行为,探究 MTC 依赖的视觉处理与眼动的关系;三是使用刺激集和电生理数据(Majaj 等人,2015 年),估算 VTC 支持的性能,并与人类视觉推断进行比较。

下面来详细看看研究结果:

  • 实验设计用于分离时间信息处理:研究人员通过一系列 “相同 - 不同” 任务的变体实验,考察人类在不同时间条件下的视觉能力。实验分为 “时间限制” 和 “时间不限” 两种情况,研究人员详细分析了注视和时间动态背后的逻辑,精心设计了具体任务,以此探究人类视觉能力的时间动态变化。
  • 利用刺激集分离 MTC 在视觉感知中的作用:研究人员借助包含 MTC 受损和未受损参与者表现的数据集进行研究。该数据集的刺激已被证明能揭示与 MTC 相关的视觉推断缺陷。通过分析这个数据集,研究人员评估了时间限制和 MTC 损伤的共同影响。研究发现,在限制观看时间时,人类的准确率与 VTC 模型性能相符;而在观看时间延长后,人类表现远超 VTC 模型,且时间限制下未受损参与者的行为与 MTC 受损参与者相似。这表明 MTC 在长时间视觉推断中发挥着重要作用。
  • 眼动对 MTC 依赖的视觉处理至关重要:研究人员对 97 名参与者进行了时长一小时的零延迟匹配样本实验,并持续监测他们的注视行为。研究发现,超 VTC 性能并非单纯依赖更长观看时间,而是依赖通过多次扫视对视觉刺激进行顺序采样的能力。这说明眼动在 MTC 依赖的视觉处理中是必不可少的。

综合研究结论和讨论部分,该研究揭示了互补的神经系统支持视觉物体感知。VTC 能在刺激呈现 100 毫秒内产生对下游行为有用的特征,实现 “一眼” 的丰富视觉推断;但并非所有视觉推断都能在这个基础空间中轻松完成。为了克服这一限制,人类会通过多次扫视顺序采样视觉刺激,而 MTC 能够整合 VTC 的顺序输出,支持物体层面的推断。这一研究成果意义重大,它不仅揭示了视觉物体感知的神经机制,还为进一步研究大脑的视觉功能提供了新的视角,有助于深入理解人类视觉认知的奥秘,对相关神经系统疾病的研究和治疗也可能产生积极影响。

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