A cognitive representation in primary visual cortex modulated by vision
这项研究表明，在黑暗中导航的大鼠中，初级视觉皮层（V1）中很大一部分神经元编码的是与路径无关的运动认知地图而非视觉输入，随后视觉是对这种内部表征进行调制而非取代。
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
几十年来，关于我们如何看东西的标准说法一直是一个直截了当的接力赛。光线撞击眼睛，传导至大脑后部，并在初级视觉皮层（一个被称为 V1 的区域）触发连锁反应。在这种经典观点中，V1 是一个被动的屏幕，一个生物投影仪，仅仅展示眼睛正在注视的内容。如果眼睛看到一棵树，V1 就会亮起树的形状；如果眼睛看到一面墙，V1 就会显示一面墙。人们曾认为大脑的工作主要是对外部世界做出反应，而内在的思想或记忆仅扮演次要的、背景的角色。但这种简单的图景忽略了包括人类在内的动物在导航生活时的一个关键部分。我们不仅仅是对眼前的景象做出反应；我们还在不断地进行一场心理模拟，模拟我们在哪里、曾经在哪里以及正要去向何方。长期以来困扰科学家的一个问题是：这种内在地图是仅存在于大脑深处的记忆中心，还是视觉的第一阶段也参与了运行这张地图？
加州大学旧金山分校和罗彻斯特大学的研究小组决定通过观察大鼠在迷宫中导航时的脑部活动来测试这一想法。他们专注于初级视觉皮层，即通常只处理眼睛所见内容的那个部分。为了观察在眼睛无物可看时会发生什么，他们训练大鼠在全黑环境下跑特定的路径。大鼠必须学习一个 W 形迷宫，从中心起点移动到两个外侧臂之一，然后返回，每次往返交替进行。一旦大鼠掌握了路线，研究人员就在这些动物在黑暗中奔跑迷宫时，记录了其视觉皮层中数千个神经元的活动。
结果完全出乎了传统观点的意料。尽管大鼠处于漆黑之中，什么也看不见，但其视觉皮层中的绝大多数神经元都在以一种高度组织化的方式放电。这些神经元并非随机活跃；它们正在追踪大鼠沿路径前进的进度。随着大鼠向前移动，特定组的神经元会按照与动物位置相匹配的序列依次亮起。更令人惊叹的是，这种活动并不与房间内的特定物理位置相关联。相反，神经元是对路径的“结构”做出反应。如果大鼠向左转，无论大鼠是在迷宫的左侧还是右侧，特定的一组神经元都会在转向的同一位置放电。大脑已经创建了一个关于旅程本身的心理表征，且独立于任何视觉输入。
研究人员随后重新打开灯光，以观察这种内在地图如何与真实视觉相互作用。他们在迷宫的墙上放置了视觉图案，如点或条纹。当大鼠在有这些灯光的迷宫中奔跑时，视觉皮层并没有简单地切换到显示墙上的图案。相反，路径的内在地图仍然是主导信号。视觉刺激就像一个音量旋钮，根据大鼠看到的景象调高或调低路径追踪神经元的活动，但它们并未取代地图。大脑仍在运行其关于旅程的内在模型，而视觉输入仅仅是在调整该模型的强度。这表明，对于很大一部分视觉皮层而言，世界的内在表征是活动的驱动力，而视觉仅起到调节作用。
为了确认这种路径追踪活动确实与大脑的记忆系统相关，研究人员还从海马体进行了记录，海马体是著名的存储空间地图和记忆的深层脑区。他们寻找被称为“尖波涟漪”的剧烈脑活动时刻，这种活动发生在动物休息或静止时，已知与巩固记忆有关。他们发现，在黑暗中追踪路径的视觉皮层中的特定神经元，在这些涟漪期间与海马体保持着紧密的同步。这种协调表明，视觉皮层和记忆中心正在作为一个团队共同工作，即使在动物不再移动时，也共享着同一个世界的内在模型。
这些发现挑战了长期以来认为视觉皮层仅仅是光线的被动接收器的看法。相反，这项研究表明，这部分大脑正在积极构建一个关于动物完成任务进度的认知表征。视觉皮层并不只是等待眼睛发送图像；它持有一个关于旅程的运行模拟，而这个模拟随后会被眼睛实际看到的内容进行微调。这一发现意味着，我们的世界感知是建立在内在预期和记忆的基础之上的，而感觉输入在完善这一图像方面起到了辅助作用。它改变了我们对大脑运作方式的理解，表明即使是最基础的感觉区域，也深度参与了导航生活的复杂认知任务。
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