在一片翠綠的草地上,一隻青蛙縱身一躍,撲入眼簾——生活中常見的這一幕是否引起過你的好奇:青蛙和草坪,都是翠綠色,人是怎麼發現青蛙的?我國科學家研究發現,能在草叢中“捕捉”到青蛙的是一種存在於人腦初級視皮層中的球狀功能結構,它能從千變萬化的圖像背景中迅速地辨認出要探尋的目標。國際神經科學領域頂級刊物《神經元》日前發表了中國科學家的這一最新研究成果。
發現視覺皮層新功能結構的是中科院上海生命科學研究院神經科學研究所李朝義院士及其學生姚海姍。研究發現,每個視神經細胞只能看到物體的一個點,科學家把視神經細胞的這個視野稱之為“感受野”,它們排列成柱狀結構,與大腦表面垂直。這些功能柱貫穿大腦皮層的6個層次,同一個功能柱內所有的神經細胞都感受相同的圖像特徵。但傳統的功能柱研究只能解釋大腦處理“感受野”小範圍內簡單圖像特徵的機理,不能闡釋視覺系統如何處理大範圍複雜圖像資訊。李朝義領銜的課題組獨闢蹊徑,歷經10年研究,發現在視覺神經“感受野”外,還存在著一個大範圍的“整合野”,它與“感受野”相互作用,不僅能檢測出背景圖像的特徵,還能檢測出目標物與背景的特徵差別。當“感受野”內的圖形與它周圍“整合野”內的圖形存在任何靜態的(圖形、顏色)或動態的(運動速度、方向)特徵差別時,“整合野”就會迅速檢測出來並及時反饋至人腦中。“這就是青蛙和草坪雖然同為綠色,但青蛙躍起時,人眼卻能發現的緣故。”李朝義解釋道。
李朝義及其學生姚海姍的研究成果已在貓的視皮層實驗中得到驗證。他們用一種特殊的微電極記錄了貓的幾百個神經細胞,詳細地描繪了這些細胞的大範圍整合特性以及它們對相同圖形和不同圖形的反應,發現“整合野”這種新的腦功能結構是許許多多直徑約300微米的小球,分散地鑲嵌在已知的垂直功能柱中。這是在簡單特徵功能柱基礎上所形成的第二級功能結構,能處理各種更複雜的圖像資訊。視覺系統可能正是通過這種神經機制,以有限的資訊量把目標物從各式各樣的複雜背景圖像中分離出來。
《神經元》編輯部的評價指出,新發現的球狀結構是一種非同尋常的、全新的腦功能結構,對了解腦處理複雜圖像資訊的神經機制具有十分重要的意義。
解放日報 2002-8-5