神经

眼睛接收到的信息是如何被大脑识别的?

作者: 赵思家 来源:知乎 日期:2015-04-13
导读

         图片:Yestone.com 版权图片库 研究这个的学科叫 视觉神经科学 Visual Neuroscience。虽然哲学和神经科学常常有很多联系,特别是谈到意识(涉及到注意力)的时候,但视觉神经的工作原理是怎样的?是一个可以单纯当成生物学问题看待的。而视觉神经科学就是想从方方面面,不同的层次来回答这个问题 大脑里的神经活动是怎样引起了视觉认知,以及视觉认知相关的行为的,并且主要是围绕大脑的

关键字:  大脑 | 知识 |  

图片:Yestone.com 版权图片库

        研究这个的学科叫 视觉神经科学 Visual Neuroscience。虽然哲学和神经科学常常有很多联系,特别是谈到意识(涉及到注意力)的时候,但“视觉神经的工作原理是怎样的?”是一个可以单纯当成生物学问题看待的。而视觉神经科学就是想从方方面面,不同的层次来回答这个问题 "大脑里的神经活动是怎样引起了视觉认知,以及视觉认知相关的行为的“,并且主要是围绕大脑的 视觉皮层 (visual cortex)在进行研究。

        上图:(注意!这个只是个卡通画,漏洞百出,但只是想强调眼睛只是视觉神经系统的一小部分),视觉皮层位于后脑勺。

        视觉信息的处理是等级制的。我们叫 负责接受信号的神经通道为 上行通路,而视网膜到视觉皮层是最主要的视觉上行通路,但也不是唯一的。从视网膜上收集到了视觉信号,两眼的 optic nerves 走过跟交叉路口似的 optic chiasm,然后将信号发到大脑的一个叫 lateral geniculate nucleus (LGN) 的区域中,然后将视觉信号一层层分门别类,整理好了发到初级视觉皮层(primary visual cortext)。

        上图:来自 Zeki 1993 第三章,25 页。

        而初级视觉皮层,以及更高级的视觉皮层又是怎样一层一层地分析视觉信息的颜色、形状、深度,并从静态变成动态的识别的呢?就要另辟几篇一个一个来提了。

        相比于匆忙将这本教材捋一遍,我这里更想提一下 盲视(Blindsight)这个概念。盲视,这个翻译实在是非常糟糕 -- 什么都没有解释。盲视是指,眼睛完好,但视觉皮层的某块区域受到损伤,造成视野中某一个区域看不见,但是实际上是看见的,只是没有意识到。一个成语就能完美解释:视而不见,就是眼睛看到了,但你看不到,因为你意识不到。

        举个栗子,见下图,红色区域为大脑损伤的部分(左侧大脑后脑勺处)以及相对应的视觉损失的视野区域。

        上图:来自 Zeki 1993, 31 页。

        人造眼睛

        上图:人造眼球。我最喜欢的一张 Wellcome Trust 做的明信片。当时我寄给谁了?http://blog.wellcome.ac.uk/2014/04/04/image-of-the-week-artificial-eyes/

        问题中你问到:”視覺神經完好的情況下能否用人工裝置代替眼球的作用?“,你应该是指,除了眼球以外其余的视觉神经系统是完好并能正常工作的。要说可能不可能,我认为,一定、肯定,以及绝对 是可能的,这只是时间问题。问题无非是:我们能不能做出一个人造眼球。虽然现在的人造眼睛,只是起着修容的作用,但让它功能化一直是视觉神经科学的课题。

        简单地说,我们需要解析大脑使用的怎样的”语言、格式“阅读视觉信号的,然后制作一个装置,将外界的信号,用同样的”语言、格式”来书写视觉信号,然后交给大脑。这个任务不仅适用于视觉系统,也同样适用于听觉、嗅觉、味觉、触觉系统。听觉系统最为接近,人造耳蜗就是对等于人造眼睛的存在 (见之前回答的最后:每天听音乐超过一小时,真的会导致听力减退吗? - 赵思家的回答)。

        早在 2012 年来自纽约 Weill Cornell Medical College 的研究人员就已经让失明的老鼠的视网膜”再看到“; 2013 年,英国残奥会游泳运动员 Tim Reddish 的眼睛里被植入一个 3mm 的芯片,其芯片代替视网膜将光信号转化成电信号直接刺激 Optic nerve,让他能够感光。(细节还待我仔细阅读...)

        若非要说不可以,原因是 1)我们现阶段对视觉神经了解还是太肤浅,只知道一个大概,细节还不清楚,想要成为”创造”出一个完美功能的眼球,必须要先从各个层次完全了解它,并且了解整个神经系统:就好像做好了摄像头,你还要知道怎么连上主机不是吗?

        2)现在对“人工装置“的材料、技术和认识局限,不过这个领域我不了解,就不哔哔了。

        先就酱。

        @yangscar 建议阅读的Principles of Neural Science是一本覆盖神经科学方方面面的基础教材,很值得细读。针对你的问题,我建议一本比较好读的、专门讲视觉神经科学的小书,A Vision of the Brain,由大三时教我们的 Prof Semir Zeki 所写。在 1993 年第一版后,他决定不再出版,而是放在网上免费下载,你可以在 UCL 官网上下载到:http://www.vislab.ucl.ac.uk/pdf/A_vision_of_the_brain.pdf。

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