科学家们揭示了我们所看到的决定是如何通过大脑传递回来的

【字体: 时间:2021年07月29日 来源:NIH/National Eye Institute

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  研究人员发现,基于视觉信息的决策,包括复杂的数据流沿着大脑的视觉通路前后流动,被广泛传播到视觉系统的神经元,包括那些不被用来做决策的神经元。

  

“为什么以及如何将决策信息传递回大脑的视觉处理部分,这是一个悬而未决的问题。一些理论假设这种类型的反馈应该是有选择性的——只影响那些参与决策的神经元,”NEI视觉决策单元主任、该研究的主要作者Hendrikje Nienborg博士说。“这项研究表明,与决策相关的反馈在空间上是非选择性的,对神经元的影响比人们可能想象的要广泛得多。”

反馈被大脑以多种方式和多种系统使用。当一个决定是基于我们所看到的,关于期望或关注的信息,如对象在哪里,或对其特性——反馈给大脑区域参与了视觉流程,提高神经元的活动参与对象或事件的问题。

这类期望的一个例子可能是当开车经过十字路口时,在人行横道上注意行人。专门探测你右边物体的神经元可能会因为你的注意力而收到额外的信号。如果你想确定那个人是不是你的孩子,专门检测红色的神经元可能会收到反馈。

研究人员假设,反馈可能有助于大脑专注于难以看到的特征,或者可能有助于稳定正在做出的决定。一些科学家认为,与决策相关的反馈是有选择性的,只会提高参与决策的神经元的活动,而不是无关的神经元。

然而,科学家们想知道,当两种不同类型的信息同时与决策相关时,会发生什么。每一种类型的信息都有反馈吗?这种反馈对决策是否有选择性?

为了回答这个问题,Nienborg实验室的研究生、该研究的第一作者卡特里娜·奎因(Katrina Quinn)和同事们训练猴子分辨屏幕上某个特定位置的物体是凹的还是凸的,而忽略无关位置的物体。当这些动物执行任务时,研究人员记录了处理视觉信息的神经元的活动。这些动物很擅长这项任务,它们能有效地区分物体在正确位置,而忽略不相关位置的物体。

为了了解与决策相关的反馈是否对相关信息(如位置和深度)具有选择性,研究人员记录了视觉皮层中探测深度信息和空间位置的神经元的活动。视觉皮层是大脑中专门负责视觉处理的部分。

尽管这些动物表现出色,但研究人员在视觉系统中发现了一幅微妙的反馈图。与之前的研究类似,他们发现位置反馈是有选择性的,但位置反馈并不取决于动物所做的决定,它只与动物所关注的位置有关。相反地,与对象深度相关的反馈与决策相关,但在空间上是无选择性的,这意味着即使是无法用于做出决策的深度感知神经元也会获得额外的决策相关反馈。

奎因说:“你可能会认为,这种反馈总是针对手头的任务量身定制的,但事实证明,我们不能做出这种假设。”

尼恩伯格说:“这项研究可能指向了一种适用于所有任务的反馈机制,但在某些方面,这些发现提出的问题比它们回答的问题更多。”

这项研究由NEI校内项目、欧洲研究理事会、德国研究基金会和国家科学基金会资助。

Journal Reference:

  1. Katrina R. Quinn, Lenka Seillier, Daniel A. Butts, Hendrikje Nienborg. Decision-related feedback in visual cortex lacks spatial selectivity. Nature Communications, 2021; 12 (1) DOI: 10.1038/s41467-021-24629-0

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