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鞒龇从Α@纾械纳窬阅承┲鞴勐掷谟蟹从ΑK淙辉赩1区也发现了有些神经元对线段端点型主观轮廓(图15)有发放,但对其他类型(如直线连续型,见图2)敏感的神经元确实只出现在V2区,而在V1区则没能发现。不只一位哲学家在得知存在这种对主观轮廓反应的神经元后感到吃惊,但我们并不以为奇。当我们清清楚楚地看到了一些视觉特征(而不仅仅是推断出它)时,在我们脑中确有某些区域的神经元对它们发放。这或许是一个好的普适规律。果真如此的话,它将是一个很重要的规律。
皮层V2区也是分块的。使用可以显示V1区斑点的酶,可以看到相当粗糙的条纹,走向大致垂直于V1/V2的边界。每类条纹所敏感的一般视觉特征并不相同。看来有若干条不同的信息流通过V2区。有一条处理的主要是颜色信息,另一条则主要是视差,等等。科学家们对所有这些细节很感兴趣,因为这些问题正与不同亚区的各种神经元精确的分类方式以及它们如何使我们能够看见物体密切相关。即便在单个区域内,神经元的行为也被分成部分分离的类别,这对我们来说是重要的,尽管对于这种分离的清晰程度尚有争议。
到此为止我只谈论了V1区具有向V2区投射的神经元。 V2区是否有神经元反向投射①到V1区呢?答案是,具有反向投射的V2区神经元与有前向投射的V1区神经元几乎一样多,但有一个重要的差异。前向投射多集中在V2区第4层,而到V1区的反馈完全避开了第4层。
以前曾经认为只存在三个视觉皮层区域,即17、18和19区。我已经详细地描述了其中的两个区域,V1区(等价于17区)和V2区(早先定义的18区的一部分)。此外到底还有多少区域呢?令人吃惊的是,现在至少已经识别出二十个不同的视觉区,另外还有七个区域部分与视觉有关。这个事实本身清楚地体现了视觉处理的复杂性。由于各个区的神经元具有不同的输入输出集合,因此它们的行为极为不同。图47是戴维·范·埃森(David Van Essen,现在西雅图的华盛顿大学)构建的猕猴展平的皮层的模型。由于皮层是弯曲和折叠的,图示必然会有所扭曲。①为了减少扭曲,在皮层薄板上有选择地进行了切割,得到了一个几乎隔离的V1区,插入在图的左侧。将该图与图48相比较,那里略去了表示皮层折叠的标志,并在相应位置上画了许多皮层区域,视觉区域以及那些具有部分视觉的区域都用阴影表示。对猕猴而言,它们总计占有总皮层略多于一半的区域,(要记住猴子是视觉功能非常强的动物。)
这张图远非最后的结论。例如,右上方的46区仍可被细分。许多区域具有奇怪的名字,但它们通常是其全称的缩写,如MT代表中颞叶(middle temporal),VIP代表背侧内顶叶(ventral intrapari…etal),等等。其他有些区域具有数字编号(在此省略),它们通常是波罗德曼所定义的,其中一些已经被细分(如7a和7b)。
我将简要描述其中两个区域:MT区和V4区,因此对已知的关于全部视觉区的所有情况不作叙述。这特别是由于对许多视觉区的了解还相当缺乏。皮层MT区比较小,有时也称为V5区。它具有视野半区与视网膜区域相当好的对应,但其神经元的感受野一般比v1或V2区大。MT区神经元对刺激的运动(包括运动的方向)特别敏感,每个神经元对一定速度范围内的刺激产生发放。有些对高速运动发放最佳,其余的则对应于低速运动。
最初人们没有想到这些神经元的反应通常依赖于目标与背景的相对运动。加利福尼亚理工学院的约翰。奥尔曼(John Allman)意识到了这一点。因为与许多神经科学家不同,他对猴子以及它们的野生生活方式非常感兴趣,至今他仍在家中养猴子。他曾数次出国在猴于的自然栖息地对它们进行研究。因此他具有关于猴子的典型视觉环境的第一手资料。他试图在实验室中以一种大大简化的形式再现这种环境。他和同事们使用电视屏幕上由随机点组成的棒作为刺激,通常一个神经元可能对其感受野内沿垂直于它的长度方向向上(或向下)运动的斑点组成的棒有很好的反应。然而他发现,如果由斑点组成背景也沿相同方向运动,神经元的发放会下降。如果背景沿相反方向运动,那么该神经元对运动棒的发放将会提高。这样,神经元主要检测的是局部特征与邻近背景的相似特征间的相对运动。这正是前面提及的非经典感受野的最简单形式。虽然事情并不总是这样明了,①看来这样的神经元组成的集合能够学会不仅仅对一个物体的一个特征反应,也能对物体的某些环境特征反应。
MT区的某些神经元对更复杂的运动方式反应。它们的行为与所谓的小孔问题有关,考虑图49,想像在一个屏上有一个小圆孔,通过它来观察一根没有特征的直线,它是一根很长的直线的一部分,这根长的直线的大部分被屏所掩盖,如果这根直线沿任何方向运动,你通过小孔所能看到的一切只是一小段直线沿垂直于它长度的方向运动。在图49的注解中有更加详细的解释。
V1区中对运动方向敏感的神经元的行为便是如此。它所能感受的只是垂直于该直线方向的运动分量,而不是整个物体的真实运动。然而,MT区的某些神经元确实能对实际运动反应,特别是如果信号是由若干个线段集合组成的。实验表明MT区的神经元可简单地分成两类,一类能解决小孔问题,另一类则不能,就像们区的神经元那样。如果真是这样的话,那太好了。事实则要复杂得多。神经元表现出了这两类之间整个范围内的各种行为。尽管如此,这给出了一个例子表明视觉系统较高层次神经元的反应如何变得更加精细。
如果输入信息被误解,脑就会作出错误的解释。一个大家所熟悉的例子是理发店的柱状旋转招牌形成的错觉——这个柱子实际上是绕着它的长轴旋转,但条纹看起来像是沿柱子方向向上运动①。红、白条纹边界上的任意点的实际运动方向垂直于柱子的长度方向。但脑却看到条纹沿柱子方向运动。图50解释了这个现象。
皮层MT区的神经元几乎不对颜色敏感。不过其中一些对照度相同而仅由颜色差异形成的边界的运动有反应。这与皮层V4区的神经元形成鲜明对照。V4区的神经元对波长的反应很复杂,但对运动几乎不敏感。②它们的感受野通常很大,但在某些情况下神经元能对感受野内任意位置上具有恰当视觉特征的小物体作出反应。这个映射具有复杂的视网膜区域对应,但不像V1区那样简单。
许多颜色反应是颜色视觉理论引导我们所期待的“双拮抗反应”。更重要的是,伦敦大学学院的神经生理学家赛米尔·泽奇(Semir Zeki)表明它们的行为具有兰德效应(见第四章)。它们的反应不仅仅取决于感受野中央和外周的光的波长,还受邻近表面的光的波长的强烈影响。大致说来,它们不是只对波长反应;而是对感受颜色反应,猕猴V4区的一个神经元对由不同颜色的长方形组成的图案中的一个红色色块反应。而泽奇自己也认为它是红色的。即使有照明光波长的干扰,从该色块到达视网膜的光的实际波长已有很大差别,该神经元仍能有反应。这显然是环境影响神经元行为的另一个例子。对于心理学家来说,认识到在某种程度上对环境的反应专门由单个神经元来加以表达,这一点很重要;他们应当在他们的理论模型中考虑这一点。
图48给出了目前已知的视觉区域的示意图,但并未涉及它们之间的连接方式。一般而言,主要的信息流从左侧的皮层V1区开始,流向右侧远端靠近脑前部与皮层非视觉区交界处的那些区域。通常用一个粗略的映射大致代表这些投射,它意味着在接受区彼此邻近的轴突终端一般来自发送区相距不太远的神经元。这也会出现在没有视网膜区域对应的区域,比如在等级中较高层的区域。
范·埃森和同事们试图采用由神经解剖学家凯瑟琳·洛克兰(Kathleen Rockland)和迪帕克·潘德亚(Deepak Pandya)最早提出的观点,把所有视觉区按照大致的等级作一排列。洛克兰和潘德亚特别指出,如果从A区到B区的投射集中在第4层,那么,从B到A的反馈一般避开第4层而通常与第1层有强连接。我们已经看到在V1和V2之间的连接出现过这种情况。如图51所�