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视觉识别受物体大小和间距限制，其中间距限制（拥挤现象，crowding）的生物学基础不明。研究人员通过对 49 名观察者的脑与行为测量，发现 V4 大小能预测视觉感知的间距限制，这一成果有助于理解相关视觉障碍疾病。
在奇妙的视觉世界里，我们每天都在进行着无数次的视觉识别。然而，你是否想过，为什么有时我们难以分辨距离很近的物体呢？这背后其实隐藏着复杂的神经机制。视觉识别不仅受物体大小（视力敏锐度，acuity）的限制，还受物体间距的影响。当物体间距过小时，即使物体大小远超视力敏锐度极限，我们也无法识别物体，这种现象被称为 “拥挤”（crowding）。拥挤现象严重影响着我们的日常生活，比如阅读、搜索等活动。尽管科学家们对它的研究已超百年，但拥挤现象的生物学基础却依旧迷雾重重。此前的生理研究对拥挤现象在解剖学上的位点说法不一，始终没有一个明确的定论。为了揭开这层神秘的面纱，来自纽约大学等机构的研究人员展开了深入的探索，相关研究成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员采用解剖学而非生理学的研究方法，通过测量 49 名观察者的拥挤距离和皮质地图（retinotopic maps）大小，来探究拥挤现象的神经基础。他们运用了功能性磁共振成像（fMRI）技术测量 V1、V2、V3 和 V4 等皮质地图的表面积，同时使用心理物理学方法测量拥挤距离，并计算出每个观察者视野中能无拥挤识别的字母数量（λ）。
研究结果表明：
- 皮质拥挤距离在 V4 中守恒：研究人员推测皮质拥挤距离可能在某些皮质地图中保持恒定。通过分析发现，只有 V4 的表面积与 λ 呈高度正相关（r = 0.65，p < 0.001），而 V1 - V3 与 λ 无明显关系。这意味着 V4 的大小独立于 V1 - V3 的大小。进一步分析得出，在 V4 中，皮质拥挤距离约为 1.4mm，即字母在 V4 地图上的中心间距至少为 1.4mm 时才能被识别，这一距离在不同个体间是相对恒定的。
- V4 作为视觉识别的间距瓶颈：研究人员认为 V4 在视觉识别中充当着间距瓶颈的角色。由于从 V1 到 V4，感受野（receptive field）逐渐增大，而表面积逐渐减小，神经元数量减少。所以当物体间距满足 V4 的要求（大于约 1.4mm）时，也能满足 V1 - V3 的要求；反之则不然。这就解释了为什么 V4 之前的视觉区域与拥挤测量指标不相关，而 V4 与拥挤行为密切相关。
在讨论部分，研究人员对皮质拥挤距离在 V4 中守恒的原因进行了推测。他们认为可能存在一个由固定数量 V4 神经元组成的计算单元，用于隔离物体，这个单元对应的皮质面积约为 2mm2，包含约 25 万个神经元，类似于 V1 中的超柱（hypercolumn）。另外，虽然也有观点认为识别的间距限制与感受野大小有关，但由于测量地图大小比感受野大小更可靠，所以研究主要聚焦于地图大小。同时，研究还发现 V4 作为通向腹侧流（ventral stream）识别区域的网关，在视觉信息处理中起着关键作用。不过，目前还不能确定 V4 是否是唯一与拥挤行为密切相关的区域，因为在更靠前的腹侧颞叶区域进行视网膜定位映射（retinotopic mapping）难度较大，相关区域的界定标准和数量也不明确。
这项研究意义重大，它首次揭示了 V4 大小与心理物理学拥挤距离之间的紧密联系，为理解拥挤现象的神经机制提供了重要依据。这一发现不仅有助于我们深入了解正常视觉感知的神经基础，还可能为阅读障碍（dyslexia）、计算障碍（dyscalculia）和弱视（amblyopia）等与拥挤现象异常相关的疾病提供新的研究方向和潜在的治疗思路，在生命科学和健康医学领域有着广阔的应用前景。
研究人员在研究过程中主要运用了以下关键技术方法：
- 功能性磁共振成像（fMRI）：利用该技术采集参与者的大脑数据，测量 V1 - V4 等皮质地图的表面积。通过特定的刺激范式，让参与者观看不同的视觉刺激，从而获取大脑相应区域的神经活动信号。
- 心理物理学实验：设计字母识别任务来测量拥挤距离。实验中，控制字母的间距和大小等参数，让参与者识别目标字母，根据参与者的反应来确定拥挤距离。同时，通过计算得出能无拥挤识别的字母数量（λ）。
- 计算分析方法：运用数学公式和模型对实验数据进行分析。例如，根据 Bouma 定律计算拥挤距离与偏心度的关系，通过拟合线性模型来量化皮质地图表面积与无拥挤字母数量之间的关系，从而得出相关结论。
