Active vision modulates early cortical stages of visual processing: Evidence from MEG and eye-tracking
通过结合使用脑磁图（MEG）与眼动追踪技术，本研究表明，主动视觉通过超越简单适应的预览效应增强了视觉输入的序列化皮层处理过程，揭示了即使在注视期间，眼动也会主动调节早期视觉皮层的功能。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
视觉很少仅仅是接收光线的被动行为。对于人类和许多其他哺乳动物来说，视觉是一个由被称为“扫视”（saccades）的持续、快速眼动驱动的主动过程。我们每秒钟进行三到四次这样的跳跃，将目光从一个点转移到另一个点，以构建一个稳定的世界图像。几十年来，科学家们一直了解到，大脑使用一种运动指令（即告诉眼睛移动的信号）的内部副本来补偿这些跳跃，从而确保世界不会显得模糊或剧烈移动。然而，一个悬而未决的问题仍然存在：一旦眼睛落在新的位置并保持不动，眼睛“移动”到那里的事实是否会改变大脑处理所见图像的方式？或者，大脑处理该图像的方式，是否与物体仅仅是在眼睛保持完美静止时出现在那个位置的方式完全相同？
来自特伦托大学和拉德堡德大学的研究小组试图通过直接观察大脑的视觉皮层（负责处理视觉的区域）来回答这个问题。他们想知道，眼动的历史——具体而言，在眼睛落到目标之前瞥见的物体——在自主移动眼睛与在没有移动的情况下呈现相同视觉输入时，是否会在大脑中留下不同的痕型。他们的研究表明，大脑不仅仅是一个记录光线的照相机；它是一个动态系统，观察这一行为本身就会重塑信息的处理方式，甚至在视觉处理的最早期阶段也是如此。
为了调查这一点，研究人员设计了一个实验，将移动眼睛的行为与物体出现的视觉体验分离开来。他们招募了三十六名成年人，并将他们安置在一个配备了脑磁图（MEG）仪（用于测量大脑电活动产生的微弱磁场）和高速眼动追踪仪的安静房间内。参与者执行一个简单的任务：他们必须判断看到的物体是稍微向左倾斜还是向右倾斜。实验分为三种不同的情景。在第一种“扫视”条件下，参与者注视中心点，然后快速移动眼睛看向出现在外周视野中的新物体。在第二种“回放”条件下，参与者将眼睛固定在中心，同时物体在屏幕上移动并落在视觉中心，这模拟了第一种情况中的视觉输入，但没有眼动。在第三种“空白”条件下，他们进行了如第一种情景中的眼动，但在目标物体出现前，屏幕会短暂显示一段空白。
至关重要的是，研究人员引入了一个转折点来测试大脑如何利用过去的信息。在眼睛移动或物体出现之前，参与者会看到目标的预览图。有时这个预览是一个清晰的物体图像（有效预览），有时则是一个模糊且无用信息的乱码版本（无效预览）。如果大脑仅仅是对重复图像进行适应，那么看到清晰预览和看到乱码预览之间的差异，无论眼睛是移动的还是物体移动的，都应该是相同的。然而，研究人员发现了不同的结果。当参与者主动移动眼睛看向物体时，大脑在初级视觉皮层的反应根据预览是清晰还是乱码而表现出显著差异。大脑表现出了强烈的“预览效应”，这意味着它根据前一瞬间所看到的内容，以不同的方式处理最终的物体。
相比之下，当物体向屏幕中心移动而参与者保持眼睛不动时，这种预览效应消失了。无论预览是清晰的还是乱码的，大脑对物体的反应都是相同的。这一发现表明，大脑不仅仅是在处理视觉输入；它还会根据眼动的性质来调节这种处理过程。研究人员还排除了一个常见的替代解释：神经适应。适应是一个神经元在受到重复刺激后反应性降低的过程。如果适应是唯一因素，那么在预览和目标之间插入空白屏幕应该会以特定的方式改变结果。然而，空白屏幕条件并未显示出预览效应，这证明了在主动眼动条件下观察到的差异并非由于神经元的简单疲劳或适应。
研究将这种效应定位在初级视觉皮层，即大脑处理视觉信息的第一个站点，特别是在右半球。数据表明，当眼睛移动到目标时，大脑会利用在落地前收集到的信息来为即将到来的情况做准备，而当世界自行移动时，这一过程并不会发生。这表明，主动视觉不仅仅是关于移动眼睛以获得更好的观察，这种运动本身触发了视觉皮层中一种独特的处理模式。大脑将新图像的到来视为一个独特的事件，前提是这一过程是由自主行为引起的，它将该行为的历史整合进对世界的即时感知之中。
这些结果挑战了长期以来的观点，即视觉皮层仅仅是对落在视网膜上的光线做出反应，而不论这些光是如何到达的。相反，大脑似乎与运动系统深度交织在一起，利用自我产生运动的上下文来塑造感知。研究人员发现，这种调节发生得很快，在大约眼睛落在目标后的两百毫秒内。虽然这项研究并未确定将“我正在移动”信号传递到视觉皮层的确切神经通路，但证据表明这种信号确实存在，并且它从根本上改变了我们的视觉方式。通过展示大脑处理相同的视觉场景时，会根据我们是移动去观察还是物体向我们移动而采取不同的方式，这项研究为理解人类视觉的主动性和动态性提供了更深入的理解。
您所在领域的论文太多了？
获取与您研究关键词匹配的最新论文每日摘要——附技术摘要，使用您的语言。