【PNAS】人类视觉系统在空间导航过程中的编码作用

来源:澳门威利斯人官方网站 时间:2017-04-18浏览:0

当我们身处于某一个场景时,只需要对周围环境进行一次快速地扫描就可以判断出哪条路可以通行,哪条路不可以通行,哪条路可以到达目的地,哪条路不可以。在这一系列过程中,大脑的空间导航系统扮演着至关重要的作用。对周围环境的扫描离不开视觉系统的参与,那么视觉系统是如何在空间导航中发挥作用的呢?近期的一篇研究给出了一个可能的答案。该研究于2017年4月17日在线发表在《PNAS》杂志上,标题为《Coding of navigational affordances in the human visual system》。

该论文的研究团队来自于美国宾夕法利亚大学心理学系,通讯作者为Russell A. Epstein教授。研究中所采用的实验对象是人。实验中,首先会让人看不同的图片,图片上对应有多种不同场景,场景又分为两大类:一类是人工虚拟出来的场景,另一类是自然场景。然后用fMRI技术记录相关脑区神经元群体的活动状态。最后是对数据进行统计分析。

图1给出了实验中所用到的所有的虚拟场景,人通过观看这些图片,然后做出判断,同时用fMRI技术记录occipital place area (OPA)、parahippocampal place area (PPA)、retrosplenial complex (RSC)、early visual cortex (EVC)这四个脑区神经元群体的活动数据,并进行对比。

图1. 实验中所用到的人造虚拟场景

 

图2中给出了对记录数据进行统计分析的结果,从结果中可以看出,相比于EVC、PPA、RSC这三个脑区,OPA区参与了更多空间场景信息的编码。

图2. 实验场景1对应的数据结果

 

 为了研究对于更复杂的空间场景,OPA区是否也具有主导性的编码作用,研究人员使用了更复杂的空间场景刺激。如图3所示,对于复杂的场景,OPA区仍然表现出比EVC、PPA、RSC区更强的编码作用。

图3. 实验中所用到的复杂场景及数据结果

 

最后,研究人员发现,通过记录到的OPA脑区神经元群体的活动数据可以重构出刺激场景。图4中,A图显示了实验的流程,具体为:通过图片场景刺激,得到神经元群体的fMRI数据,然后通过一些数学方法,得出重构的场景。B图对比了EVC、OPA、PPA和RSC四个脑区数据重构出来的效果,发现利用OPA区神经元数据重构出的场景与原场景更为接近。

图4. 利用实验数据对场景刺激进行重构

 

上述这些结果表明了,OPA区在参与空间导航行为中场景编码过程方面扮演着非常重要的作用。

对周围环境中空间信息进行快速编码,并给出下一步的行动方向是大脑的一项非常重要的功能,这其中如何快速高效地编码空间场景信息非常重要。长期以来,有关空间场景信息方面的编码研究仍没有明确的答案。本文中介绍的这篇研究发现,大脑OPA区在编码空间场景方面扮演着重要的作用。该研究为我们理解和认识大脑对空间导航行为中的信息编码过程提供了帮助。

 

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