不撞南墙不回头，可为啥我们就是撞不上？_风闻

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《神经元》杂志上的一项研究，让我们有机会理解大脑为帮助我们四处走动究竟进行了怎样的复杂计算。

枕位区示意图。

要在这个世界上移动，就需要对周围环境有所感知，尤其是对那些限制我们移动的因素，如墙壁、天花板和其他障碍物。

现在，一组神经科学家已经确定了人类大脑内一个专门用来感知周围空间几何形状的区域。这个大脑区域会以闪电般的速度对我们所处环境内的空间限制进行编码，并可能有助于我们对周围环境的即时感知。

5月13日发表在《神经元》杂志上的这项研究让我们有机会理解大脑为帮助我们四处走动究竟进行了怎样的复杂计算。

该研究由哥伦比亚大学的莫蒂默·b·祖克曼(Mortimer B. Zuckerman)大脑行为研究所和芬兰阿尔托大学的科学家牵头，也与旨在模仿人类大脑视觉能力的人工智能技术的发展有关。

“视觉让我们几乎立刻就能感觉到我们在空间中所处的位置，尤其是会注意到那些对运动产生限制的地面和墙壁的几何形状。这一过程毫不费力，但它需要多个大脑区域的协调活动。”哥伦比亚大学祖克曼研究所(Zuckerman Institute)首席研究员、论文资深作者Nikolaus Kriegeskorte博士说，“神经元是如何协同工作，进而让我们对周围环境产生这种感觉的，至今仍是个谜。通过这项研究，我们离解决这个难题又近了一步。”

实验中，研究小组让志愿者观看了不同的三维场景图像。其中一幅图像描述了一个典型的房间——有三面墙、天花板和地板。之后，研究人员有组织地对场景进行了改变：比如移除图像中的墙壁或天花板。与此同时，他们会结合两种尖端的脑成像技术（功能磁共振成像和脑磁图）的来监测参与者的大脑活动。

论文第一作者、阿尔托大学神经科学和生物医学工程讲师Linda Henriksson博士说:“在我们有条不紊地修改图像时，通过对每个参与者重复这些步骤，我们拼凑出了有关他们的大脑是如何编码每个场景的答案。”

在大脑皮层，视觉信号首先被放到一个叫做初级视觉皮层的区域进行分析，然后再被传递到几个更高层次的皮层区域，以便进一步分析。得到参与者的脑部扫描结果后，研究者发现大脑皮层处理的一个中级阶段枕位区(OPA)非常有趣。

“以前的研究表明，OPA神经元编码的是场景，而不是孤立的物体。”Kriegeskorte博士说，“但我们还不知道这个区域的数百万神经元编码的场景是什么样子的。”

在分析参与者的脑部扫描结果后，Kriegeskorte和Henriksson发现OPA的活动反映了场景的几何形状，其模式反映了每个场景组件——墙壁、地板和天花板——的存在与否，传达了有关场景整体几何形状的详细图片。

然而，OPA的活动模式并不依赖于组件的外观，即墙壁、地板和天花板的纹理，这表明该区域会忽略组件的外观，只关注其几何形状。大脑区域似乎能在短短100毫秒内完成所有必要的计算，以非常快的速度感知房间的布局。

Henriksson博士说:“大脑感知周围环境基本几何形状的速度表明，迅速掌握这些信息非常重要。”“关键是要知道你是在室内还是室外，或者你的导航选项是什么。”

接下来，研究团队计划结合虚拟现实技术，为参与者创造更真实的3D体验环境。他们还计划建立模仿大脑感知环境能力的神经网络模型。

Kriegeskorte博士说:“我们想把这些东西放在一起，建立一个更像人类大脑的计算机视觉系统，这个系统有专门的机制，就像我们在人类大脑中观察到的那样，可以快速感知环境的几何形状。”

◎编译 | Max

◎审稿 |alone

◎责编 | 张梦

◎来源 | 《神经元》

◎期刊编号 |  1466-0822

◎原文链接：

https://www.sciencedaily.com/releases/2019/05/190513120743.htm

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