数学模型正在破译人类视觉形成的秘密

Young解释称，“如果某个模型能够提供正确的结果，那么该模型也应该能够顺利完成其它一些任务。这就像我们的大脑，不需要做出任何调整，就能够在观察不同对象时做出不同的反应。”

在实验室条件下，研究人员们选择了对灵长类动物而言最简单的视觉刺激内容——黑白模式。在黑白模式下，能够调整的变量只有画面对比度以及进入视野的具体方向。研究人员们利用电极连接至灵长类动物的视觉皮层，同时跟踪在响应刺激的过程中产生的神经脉冲。一套理想的模型，应该能够在面对相同的刺激时给出同样类型的输出脉冲。

▲ 纽约大学神经科学家Robert Shapley

Young指出，“如果向灵长类动物展示某些图片，它们就会做出对应的反应。根据这些信息，我们尝试对其进行逆向工程，从而让自己的模型拥有相同的处理能力。”

2018年，三位研究人员发表了第二篇论文，证明了用于检测边缘的同一套模型，也能够重现视觉皮层当中被称为“伽马节律”的脉冲活动的整体性模式。（类似于我们观察萤火虫时，看到的其以群体为单位呈现出的发光模式。）

目前，他们的第三篇论文已经提交审阅，主要内容是解释视觉皮层如何感知对比度变化。他们的解释涉及兴奋神经元加强彼此活动性的机制，并认为这种效果类似于舞会上人们相互暗示、并共同营造出欢乐氛围的方式。既然视觉皮层能够从稀疏的输入数据中创建出完整图像，那么这种机制无疑不可或缺。

目前，Young、Shapley以及Chariker正致力于将方向灵敏度指标添加到模型当中，用以解释视觉皮层如何重建物体在视野中的移动方向。接下来，他们还计划解释视觉皮层如何识别视觉刺激当中的时间模式。例如，我们希望了解我们如何从交通指示灯的变换中感受到闪烁现象，但却不会在观看电影的时候把画面按照逐帧形式理解。

在后一个问题中，他们会建立一套简单的模型，仅充当六层神经皮层中的一层——即负责为大脑呈现粗略视觉印象轮廓的层。他们目前的工作还没有涉及余下的五层，这是因为其它几层负责进一步处理其它更为复杂的视觉元素。另外，他们也没有说明视觉皮层如何区分颜色。事实上，颜色的区分机制要远比我们想象的更复杂，需要涉及完全不同且更为繁琐的神经通路。

虽然他们的模型还远未能揭开整个视觉系统的神秘面纱，但却已经朝着正确的方向迈出了重要一步——这是第一套以具备生物学合理性方式、尝试破译视觉机制的模型。

（编辑：核心网）

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