Research
  • Research Progress
  • 双眼竞争在早期视皮层中自动地产生

        在日常生活中,我们两只眼睛所看到的事物是大至相同的。那么当两只眼睛所看到的事物不同时,我们会有何感受?如下图中(图1A),通过一些方法,我们可以 把红色图片和绿色图片分别呈现给左眼和右眼(如戴上红绿眼镜后观看图1B,即能实现这样的效果),人们发现这时看到的不是两幅图案的简单叠加,而是两幅图 案在不断交替呈现。这种视觉现象叫做双眼竞争。双眼竞争吸引人的地方在于静态的图像引起了动态的不断变换的知觉。
     
        心理学家早在几百年前便已经发现了双眼竞争这一有趣的现象。二十世纪九十年代Francis Crick提出可以通过双眼竞争来研究意识的神经基础。在这之后神经科学家们对双眼竞争进行了大量的研究,然而现在对于这一现象在大脑中究竟如何发生的仍 然有较大争议。一派学者认为,我们所感受到的图像的变化是受到一些高级认知功能的支配(如人们可以通过注意不同的图像来加快双眼竞争中的图像变化)。另一 派学者认为,双眼竞争发生在大脑中负责处理基本视觉信息的脑区,是两个单眼通道之间的交互抑制产生了竞争,而高级认知功能对竞争的发生并不是必需的。
     
        传统的双眼竞争研究是在清醒的人或者猕猴中进行,实验中一个困难是无法很好的控制研究对象的高级认知状态。为了研究竞争的发生是否依赖于高级认知功能,进 而揭示竞争的产生机制,吕海东实验室的博士生徐浩然、韩超等人在麻醉的猕猴上进行了研究。他们在给麻醉猴呈现竞争图案的同时(图1C),用内源信号光学成 像记录猕猴初级视觉皮层的神经活动。他们发现,即使是在麻醉状态下中,大脑依然存在类似于双眼竞争的神经活动(图1D)。成像结果显示,虽然呈现的视觉图 案没有变化,麻醉猴初级视皮层中,有时左眼区反应增强,有时右眼区反应增强。而这些动态变化的规律和前人在清醒的人或猴上得到的结果很类似。这个实验结果 表明,双眼竞争在早期视皮层中自动地产生,而无需意识的参与。这项研究为解决双眼竞争起源的争论提供了重要而独特的实验数据,也为通过双眼竞争这个实验范 式来研究大脑视觉信息处理提供了新思路。
     
        这项工作发表在2016年3月16日出版的《Journal of Neuroscience》。该研究得到了国家自然科学基金委和中科院百人计划的资助。
     
        Xu H, Han C, Chen M, Li P, Zhu S, Fang Y, Hu J, Ma H, Lu HD (2016) Rivalry-like neural activity in primary visual cortex in anesthetized monkeys. The Journal of Neuroscience. 36: 3231-3242.
     
    论文原文链接:
    http://www.jneurosci.org/content/36/11/3231.short
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    http://brain.bnu.edu.cn/home/haidong/01Home.html

    图1. 双眼竞争,实验装置和结果。A.双眼竞争左右眼图案。读者可以调节双眼,使两个图案的外框重叠以体会双眼竞争。B.使用红绿眼镜观看的双眼竞争图案。读者 戴上红绿眼镜后,实现左右眼分别看到A中左右眼图案,进而体会双眼竞争。C.实验装置示意图。通过棱镜分开双眼视野,给麻醉猴双眼分别呈现不同的图案,同 时用内源光学成像记录初级视皮层反应。D。实验结果示例。在这个近1分钟的记录中,虽然呈现的视觉图案保持不变,但是初级视皮层反应却在波动。从左眼-右 眼的曲线中可以看出,有时左眼区域反应强,有时右眼区域反应强。从反应最强的图像中,可以明显观察到初级视皮层的左右眼优势柱结构(左边第一张图上的红绿 标记部分)。