注意力如何帮助大脑感知物体,另一组穿白衣 -

2020-02-05 作者:精选专题   |   浏览(199)

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注意力如何帮助大脑感知物体

众所周知,我们的一切行为都由大脑进行支配,但是,你可知视错觉和大脑活动的规律波动之间存在怎样的关系,以及这些视觉特征又是如何在大脑的整合下成为了可能?平日里那些看到或看不到的、曾在我们眼前闪现的复杂图像,都是通过大脑活动的节奏波实现的。当这些图像在我们眼前闪烁的时候,并且已经同时成为了脑波的低点闪烁,这个图像于我们而言几乎是不可见的状态。但我们可以选择合适的时候按下按钮,通过简单的自愿动作重置脑波节奏。

很容易错过你不想要的东西。在一个着名的例子中,人们被要求密切观察两组人 - 一组穿黑衣,另一组穿白衣 - 互相传球。观众被要求计算球从黑色传递到白色的次数。

科学家发现,注意力可以穿透大脑中损害视觉感知的“噪音”

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值得注意的是,大多数观察者都没有注意到一个穿着大猩猩服的男人,在玩家中间行走。大脑忽略外来视觉信息的这种能力对我们的工作和运作方式至关重要,但控制感知和注意力的过程并未完全理解。科学家长期以来推测,对特定物体的关注可以通过放大某些神经元活动和抑制其他神经元的活动(大脑噪音)来改变感知。

你很容易错过你不想要的东西。在一个著名的例子中,人们被要求仔细观察两组人——一组穿着黑色衣服,另一组穿着白色衣服——在他们之间传递一个球。观众被要求数一数球从黑球传到白球的次数。值得注意的是,大多数观察者并没有注意到一个穿着大猩猩服装的男人在球员中间走动。大脑忽略外部视觉信息的能力对我们的工作和功能至关重要,但是控制感知和注意力的过程还没有完全被理解。长期以来,科学家们一直认为,对特定物体的注意力可以通过放大特定的神经元活动和抑制其他神经元的活动来改变感知。

综合视觉感知的节奏性脑活动

现在,Salk科学家已经证实了这一理论,他们通过展示神经元中过多的背景噪声是否会中断聚焦注意力并导致大脑难以感知物体。这项研究结果于2019年2月22日在eLife上发表,可以帮助改善视觉假肢的设计。

现在,索尔克的科学家已经证实了这一理论,他们展示了来自神经元的太多背景噪音是如何干扰集中注意力,并导致大脑难以感知物体的。“这项研究告诉我们信息是如何在大脑的电路中编码的,”索尔克教授约翰雷诺兹说,他是这篇论文的资深作者。“当刺激出现在我们面前时,它会激活一群神经元,这些神经元对刺激具有选择性。在刺激引发的反应之上是神经活动的低频大波动。

在著名的东京大学,有相关研究人员进行了视觉感知测试实验,准备了四张有意思的图像,而这些图像中的任何两个,都会在屏幕上短暂闪烁,观众必须识别光强度和图像的方向。但是,就在志愿者按下按钮开始测试之后,图像便出现一些让测试者不曾预测到的感受。

这项研究告诉我们信息如何在大脑的电路中编码,该论文的资深作者Salk教授John Reynolds说。当刺激出现在我们面前时,这会激活一群对刺激有选择性的神经元。在刺激诱发的反应之上分层是神经活动的大而低频的波动。

雷诺兹实验室之前的研究发现,当人们的注意力转向刺激时,这些低频波动会被抑制。神经信息处理的理论模型表明,这种波动会损害感知,而注意力通过过滤这些波动来改善感知。

新的研究结果来自通过视错觉来理解人类视觉的科学专家们,其实,人类的视力涉及到的不止眼睛,还有大脑中的活动。我们可以通过自己复杂的视觉系统,通过技巧将任何部分都形成视错觉。Isamu Motoyoshi是东京大学的副教授,也是研究人员之一,他表示:这是第一个记录,首次实现了综合视觉感知的节奏性大脑活动。

雷诺兹实验室以前的工作发现,当注意力集中在刺激上时,这些低频波动就会受到抑制。神经信息处理的理论模型表明,这种波动应该削弱感知,并且注意力通过过滤这些波动来改善感知。

ds足球即时比分 ,为了直接验证这一观点,研究人员求助于一种名为光遗传学的前沿技术,这种技术可以通过将激光照射到光激活的蛋白质上来影响神经元的活动。研究小组使用了一种针对动物大脑视觉区域的低频激光刺激方案来产生低频反应波动——注意力抑制的正是这种神经波动。他们测量了这对动物检测电脑屏幕上视觉刺激方向微小变化的能力的影响。正如该理论预测的那样,增加的噪音会损害感知能力。然后,他们重复了这个实验,但使用了不同的激光协议,在注意力无法抑制的高频范围内诱导波动。与理论相符,这对感知没有影响。

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为了直接测试这个想法,研究人员转向了一种名为光遗传学的尖端技术,这种技术可以通过将激光照射到光活化蛋白上来影响神经元的活动。该团队使用针对动物视觉大脑区域的低频激光刺激协议来创建低频响应波动

注意力抑制的神经波动。他们测量了这对动物检测计算机屏幕上呈现的视觉刺激方向的微小变化的能力的影响。正如理论预测的那样,增加的噪声会削弱感知。然后,他们重复实验,但是使用不同的激光协议来引起注意力不会抑制的高频范围内的波动。与理论一致,这对感知没有影响。

耶鲁大学医学院助理教授,前索尔克研究员,首先和相应的作者Anirvan Nandy说:这是第一次增加背景噪音会影响感知的理论观点。我们已经证实注意确实很大程度上是通过抑制这种协调的神经元射击活动来实现的。

这项工作打开了一个进入神经代码的窗口,并将成为我们对感知神经机制的理解的一部分。对神经感知神经语言的深入理解对于构建视觉假肢至关重要,Fiona的持有者Reynolds补充道。和Sanjay Jha神经科学主席。接下来,科学家计划研究构成大脑视觉回路的不同类型的细胞,以便更好地理解注意力和感知的神经学基础。

耶鲁大学医学院助理教授Anirvan Nandy说:“增加背景噪音会伤害感知的理论观点首次得到验证。”“我们已经证实,注意力在很大程度上是通过抑制这种协调的神经元放电活动来起作用的。”“这项工作打开了一扇通往神经代码的窗户,并将成为我们理解感知背后的神经机制的一部分。”对感知的神经语言有更深入的理解,这对于构建视觉假肢至关重要。

大脑背景扫描如何帮助集中注意力

接下来,科学家们计划研究构成大脑视觉回路的不同类型的细胞,以便更好地理解注意力和感知的神经基础。

当我们对某个事物集中注意的时候,实际上是因为我们的视觉和脑电路执行了常规背景扫描,从而使得神经元可用并专注。正是这样的定期视觉扫描为大脑提供了一个基线,而后转化成了必要的运动、又或是运动行为。简而言之,这种扫描功能可以解释:为何在开车时我们能够具有突然做出反应的心理能力。因为这种背景扫描活动可以释放认知功能,一旦有人走在车前的情况发生,我们神经元就会专注于新的行动。

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就大脑的功能而言,节奏是其中很重要的一个方面。为了更好地理解和这种注意力扫描相关的大脑节律,科学家们对被训练猴子的视觉关联皮层中的许多脑细胞活动进行了记录,更由此发现:猴子的反应时间是按照θ的节奏来检测目标,这与人类在这些任务中所显示的相同。科学家表示,相信激发和抑制的这种平衡意味着,如果大脑需要对环境的变化做出反应,那么就有神经元存在。当神经元在一起交替进行工作,当其中一个神经元变得兴奋时,它的邻居就不会那么活跃了。

与θ节律相似的Gabor模式错觉

Motoyoshi和他的同事们,近期一直在研究Gabor模式错觉的相关内容,经过一段时间的观察,他们发现其中有一个平滑移动的圆圈,似乎会跳过屏幕。早在之前的研究中,科学家们就发现注意力每秒的波动区间是在6到8次,并将其称为θ节律。简而言之,不管幻觉的实际速度是多少,观众都以相对恒定的节奏看到跳跃,而视错觉中的跳跃的节奏,正好跟注意力相关的脑电波的θ节律具有很高的相似性情况。

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在这些测试中,参与者的theta节律脑电波通过EEG测量(概念性地用橙色线表示),同时在他们的眼睛之前闪现图像,他们看到的图像则更有可能被正确地报告。如果图像在他们的注意力脑波的高点同时闪烁,在相似的时间发生脑波的高点和正确的答案,这是科学家们想要更详细地研究注意力和视觉感知的节奏。

在整个实验过程中,参与者被要求在自己准备好了之后,再按下开始按钮。当在一个难以预测的等待时间之后,会有两个图像在计算机屏幕上一个接一个的快速闪烁,然后参与者将自己看到的图像汇报出来。参与者需要同时识别出图像左边或右边对角线的方向,还需要识别白色或黑色的光强度。科学家表示,这看似简单的一个小测试,同时也是一项高认知负荷任务。

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视觉系统如何保持对相关物体的注意

人们经常关注视觉场景中的一些重要物体,即使在进行眼睛运动以监视周围环境时也是如此。就像移动相机显示器内物体的位置一样,每个眼球运动都会移动视网膜上的视觉场景。光线进入眼睛并落在视网膜上。在那里,它被转换成神经活动,由大脑解释以提供视觉感受。同时,他们也对场景的重要部分保持关注。

为了测量单个神经元的活动,科学家们将比人类头发更薄的电极插入猴子的大脑中,并记录下了神经元的电活动。对动物来说,这种电极的插入是无痛的。通过从被称为MT的猴子大脑区域中的单个神经元进行记录,科学家们能够证明,注意力增强确实以快速和扫视同步的方式,从第一组神经元切换到第二组神经元。研究结果也表明,即使在经常进行眼球运动的情况下,灵长类大脑也能够在理想情况下继续关注相关物体。它支持视觉注意系统和眼球运动系统,以同步、协调的方式操作的想法。

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视觉感知和意识复杂性之间的关系

在相关测试中,志愿者们进行的个人实验累积超过了2000次,在按钮被按下和图像闪烁之间的等待时常大约在50到800毫秒之间,仅仅是在这段时间里,theta节奏脑波的波动就达到了4到7次之多。参与者在不同情况下给出的答案可以是正确的,也可以是错误的。当他们的图像在闪烁的同时,并且处于注意力脑波高点的时候,所看到的图像更有可能是正确的。

相反,当注意力脑波的低点和图像同时出现的时候,参与测试的人员给出的答案错误的可能性便很高。虽然在某些条件下,需要注意力实现统一感知。但是,总有一个特定的大脑区域,并没有把注意力看得很重要。相反,研究人员认为新的故事是视觉感知和注意力,都需要大脑活动的周期性节奏波。就理论而言,当图像随着theta节奏注意脑电波的低点闪现时,就会从功能上变得不可见。科学家们希望正在进行的视觉感知研究,可以继续揭示意识的复杂性。

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