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研究人员探索双眼视觉可塑性，发现短期单眼剥夺效应依赖注意力，构建反赫布模型解释该现象。
研究背景：视觉奥秘中的未解之谜
人类的双眼视觉，就像一部精密的仪器，能将左右眼接收的视觉信息巧妙地融合成一个统一的立体感知，让我们得以清晰地认识周围的世界。在双眼视觉的形成过程中，眼间抑制（interocular suppression）起着关键作用，它能对双眼输入进行非线性组合。当双眼输入差异较大时，就会引发双眼竞争（binocular rivalry），我们的主观感知会在两个输入之间随机切换。
长期以来，人们已经知道在视觉关键期进行单眼剥夺，会对被剥夺眼的皮层结构和视觉功能造成严重损害，如皮层区域和眼优势柱萎缩、轴突和树突减少等。然而，成年后的短期单眼剥夺却呈现出截然不同的现象：短暂遮盖一只眼睛几十分钟到几小时，反而能增强这只眼睛在双眼竞争或组合任务中的优势。这种反直觉的效应被认为是一种稳态可塑性（homeostatic plasticity），但它的神经机制以及是否依赖注意力，一直是科学界亟待解决的谜题。
为了揭开这些谜团，浙江大学生命科学学院的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Communications Biology》上，为我们理解双眼视觉可塑性提供了新的视角。
研究方法：探秘视觉奥秘的钥匙
研究人员采用了心理物理学实验和计算建模相结合的方法。在心理物理学实验中，招募了 12 名男性和 10 名女性观察者，他们均具有正常或矫正至正常的视力和正常的立体视觉。实验通过一种新颖的单眼闪光剥夺（monocular flash deprivation）方法，让被试在不同注意力条件下进行单眼剥夺实验。同时，利用计算建模，基于前人的双眼竞争模型，引入反赫布学习规则（anti-Hebbian learning），模拟短期单眼剥夺的效应。
研究结果：解开视觉可塑性的神秘面纱
- 注意力对单眼剥夺效应的调节：研究发现，注意力在单眼剥夺效应中起着至关重要的作用。当注意力从单眼刺激上移开时，单眼剥夺效应显著减弱。在实验中，通过设置不同的注意力条件，如注视（fixation）、未注意（unattended）和注意（attended），研究人员观察到被剥夺眼的优势在不同条件下有明显差异。在注意和注视条件下，被剥夺眼在剥夺后的第一分钟优势明显高于其他时间点，随后迅速下降；而在未注意条件下，被剥夺眼的优势在第一分钟仅略高于第二分钟，下降幅度较小。
- 反赫布模型的模拟结果：研究人员构建的反赫布模型成功模拟了单眼剥夺效应及其对注意力的依赖。在模型中，通过调整注意力权重（wa）来模拟不同的注意力条件。结果显示，随着注意力增强，抑制权重（w0）对被剥夺眼的下降速度加快；在缺乏注意力时，抑制权重几乎不变。这表明反赫布学习在介导短期单眼剥夺效应中发挥着重要作用。
- 模型对其他双眼可塑性现象的解释：该模型不仅能够解释短期单眼剥夺效应，还能模拟其他形式的双眼可塑性现象。例如，在模拟长时间双眼竞争时，模型预测出随着时间推移，神经元对竞争刺激的交替反应逐渐减弱，混合感知（mixed percepts）的比例增加，这与实验观察结果一致。此外，模型还能解释基于眼的注意力对眼优势可塑性的影响，即当一只眼睛受到更多关注时，另一只眼睛的优势会增强。
研究结论与讨论：照亮视觉研究的新方向
这项研究揭示了双眼视觉可塑性的神经计算机制，明确了视觉可塑性与注意力之间的紧密联系。研究表明，短期单眼剥夺效应强烈依赖注意力，反赫布学习在其中起着关键作用。这一发现不仅为理解双眼视觉可塑性提供了理论基础，也为相关疾病的治疗提供了新的思路。例如，对于弱视等与视觉可塑性相关的疾病，未来可能可以通过调节注意力来改善患者的视觉功能。
同时，研究也存在一些局限性。例如，模型虽然考虑了注意力、抑制可塑性和眼间抑制等多个过程，但可能无法完全捕捉视觉可塑性的复杂性。此外，研究采用的是 15 分钟的极短期单眼剥夺，与传统的 2 - 3 小时短期剥夺是否具有相同的神经机制，还有待进一步研究。
总体而言，这项研究为视觉科学领域的发展做出了重要贡献，为未来的研究指明了方向。相信在未来，随着研究的不断深入，我们将对双眼视觉可塑性有更深入的理解，从而为改善人类视觉健康提供更多的可能。
