视觉神经科学新发现：水平偏向性编码揭示大脑对自然场景的高效表征机制

针对Wolff和Rademaker对EEG水平偏向性解码的质疑，Rideaux团队通过多模态神经影像（EEG/MEG）和自然图像统计建模，证实视觉皮层存在水平方向优先编码机制。研究揭示了径向-空间偏见的交互作用（图1），驳斥了刺激渐晕（vignetting）假说（图2），为高效编码理论（efficient coding theory）提供了跨方法学证据，发表于《Nature Communications》。

　　

在理解大脑如何表征视觉世界这一核心问题上，一个长期争议在于神经编码是否反映自然场景的统计规律。虽然高效编码理论（efficient coding theory）预测神经系统应优先处理环境中高频出现的特征（如水平方向），但Wolff和Rademaker近期提出质疑，认为脑电图（EEG）观测到的水平偏向性可能源于实验设计假象（刺激渐晕）而非真实神经表征。这一争议直指视觉神经科学的根本问题：非侵入性成像能否揭示底层神经调谐特性？

针对这一挑战，澳大利亚研究理事会（Australian Research Council）支持的Reuben Rideaux团队联合剑桥大学（University of Cambridge）研究者展开多维度验证。通过整合自然场景统计、神经生理学约束和生成前向建模（generative forward modelling），研究发现：1）水平方向在自然图像中占比超27%（图2a）；2）径向调谐偏见（radial bias）与水平子午线空间表征的交互作用可解释EEG信号特征（图1）；3）MEG数据再现更大水平偏向性（141%），且与单变量响应解耦（图2b）。这些发现发表于《Nature Communications》，为神经编码的环境适应性理论提供了跨模态证据。

关键技术方法包括：1）采用16方向滤波组量化刺激渐晕贡献度（公式v=(ε_parallel-ε_orthogonal)/ε_total×100）；2）重新分析Myers等发布的MEG数据集（n=108传感器）；3）基于噪声协方差正则化的逆向编码模型（inverted encoding model），通过五通道基函数重建方向表征精度（公式z=c·e^2i?）。

理论依据与实证证据
研究提出双重机制解释水平偏向性：自然场景统计（如地平线优势）和神经解剖偏见交互作用。如图1所示，水平子午线的皮层过度表征（7-9）扭曲径向调谐偏好（18-21），导致水平方向神经元集群密度增加。这一假设得到30年心理物理学研究支持（14,22-25），且与小鼠（26）、猫（27）和非人灵长类（18）神经生理数据一致。

逆向问题的理性约束
针对模型模仿（model mimicry）质疑，研究者指出：1）调谐偏好各向异性有坚实神经基础（18,26-30）；2）增益各向同性（30）使调谐宽度变异假说缺乏生理合理性；3）所有替代模型仍需水平-垂直不对称性解释数据，证明该特征是稳健发现。

中央与周边视野差异
Wolff等发现的周边视野阴性结果可能源于实验设计差异：双刺激并呈现诱发未知干扰效应。研究强调中央与周边视野存在已知神经调谐差异（如时空频率响应33），需专门实验验证。

刺激渐晕假说驳斥
通过能量分析证明：1）Harrison等使用的正弦光栅仅产生3.9%水平能量偏差（图2a）；2）空间滤波器参数可逆转效应（补充图S1）；3）Myers等的平滑边界Gabor（0.5%偏差）反而显示更强水平偏向性（图2b）。fMRI研究（41）同期证实渐晕不影响皮层方向解码。

这项研究突破性地解决了三个关键争议：1）确立EEG/MEG解码可揭示神经调谐特性；2）证实水平偏向性具有多模态一致性；3）提出径向-空间偏见交互的新机制。如图1所示，这种交互可能反映视觉系统对生态统计的层级优化——水平子午线过度表征增强对地平线信息的采样，而径向调谐优化对局部轮廓的编码。该发现为理解脑区功能专门化提供了新视角，并为神经编码的进化适应性理论提供了迄今最全面的跨物种证据。