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大脑精细视觉的新机制
发布时间:2023-4-18  浏览次数:211

大脑精细视觉的新机制:

       眼睛是心灵的窗户,它将各种可见光信号在视网膜上转化成神经电信号,经过多级视网膜神经网络编码后传入大脑,从而让我们产生视觉感知。视觉起源于眼睛而形成于大脑,它是人们用来获取外部信息,感知这个丰富多彩世界最主要的感知觉,因此是所有高级认知功能的基础。由于我们能够毫不费力地看到眼前的视觉世界,我们常常会忽略视觉认知背后超级复杂的大脑神经环路连接和海量的神经计算。

      视觉系统接收的输入是复杂多样的,因此视觉系统需要具有同时处理自然界中各种复杂信息的能力。我们的大脑是如何让我们在看到整体画面的同时,又抓住动人细节的?局部精细的视觉信息又是如何在大脑中被加工处理从而让我们看到的?这是困扰了全球视觉神经科学家们长达半个多世纪的重大命题。

      文献-中国科学院的科研人员们选用视觉功能发达的非人灵长类猕猴作为模式研究动物,发现在高级视觉皮层V4区中,除了存在大量低空间分辨率神经元可以编码整体图像之外,还存在着一些对高度精细的局部视觉刺激有强烈视觉偏好反应的神经元聚集成群。并且这两类神经元在反应时间上的区别,也符合人类先看到整体后注意到细节的视觉体验。该研究工作推翻了传统的理论观点,揭示了编码精细视觉的神经元不仅存在于大脑初级视觉皮层V1脑区,而且也存在于中高级视皮层V4中,尤其是揭示了在整体和局部的精细视觉编码中,V4脑区起到了承上启下的关键作用。这样其他负责高级认知功能的大脑皮层,就可以直接从高级视觉皮层V4直接读取到精细的细节信息,从而更快捷地与外部世界进行互动。

      这项突破性研究工作,揭示了精细视觉感知在大脑中编码的新机制,该研究成果不仅能帮助我们认识和理解灵长类视觉大脑的工作原理,还将为神经计算类脑、人工神经网络模型和人工智能信息处理提供新的理论指导和依据。

人类大脑的记忆空间和运算能力有多强?

       尽管现在的超级计算机已经变得相当强大,但仍然无法与人脑匹敌。当然,经过专门编程以执行诸如下棋之类的特定任务的人工智能程序可以胜过人脑,但是当我们按人脑整体的能力来衡量计算机时,计算机的能力几乎不值一提。

      计算机的“强”只在于将“有限”的计算能力用于执行相对简单重复和单一的任务,而人脑的强在于将复杂而强悍的计算力用以执行多方面复杂的任务,并将所有任务的结果持续综合。

       在过去的几年中,科学家们一直在以各种方式试图让超级计算机来模仿人脑的复杂性和原始处理能力。根据生物学家的说法,人脑大约有900亿个神经细胞,而且每个神经细胞之间还通过数万亿个被称为“突触”的连接连接在一起。总而言之,这种在大脑内部的精细连接系统提供了 数量庞大的“信号通路”,这种通路的数量甚至可能超过全宇宙所有原子的总数(大脑强悍到无穷容量)。

      为了以数字化的方式对人脑的运作方式进行模拟,前些年,科学家曾使用当时世界上最快的超级计算机之一上运行的超过82,000个处理器模拟了人类正常大脑1秒钟的活动。

       而近期的研究发现,人脑所能容纳的信息量是以前认为的10倍,这使得科学家们现在认为人脑的存储容量约为PB(1PB=1,024TB,1TB=1,024Gb)级别。

人脑到底有多强大?

       我们来看看人脑的相关“硬件配置”吧:

★虽然无法确切统计,但最新的估计是我们的大脑大约包含860亿个脑细胞;

★人脑的每个神经元每秒可传输1000个神经冲动,并与其他神经元数以万计的突触进行交流;

★一块像沙子一样大小的大脑组织包含100000个神经元和10亿个突触,它们之间相互交流;

★人脑当中各个功能区之间的主要神经纤维通路,神经纤维的密集程度与神经元的密集程度;

★所有的脑细胞都不一样,大脑中有多达10,000种特定类型的神经元;

★大脑信息以每小时430公里的惊人速度传播,这比286公里/小时的一级方程式赛车还要快;

★大脑平均每天可以产生50,000个想法;

★大脑处理眼睛所看到的图像,仅需13毫秒,这少于眨眼所需的时间(虽然在视觉处理下一张照片前大脑处理这张照片的时间仅13毫秒,但大脑其它部分仍继续花更长的时间处理这些图像信息);

★大脑扫描清楚地表明,即使在睡觉时,我们大部分时间都在使用大脑;

★人脑每秒能够执行1,016个处理,这使其比任何现有计算机都强大得多。

       国外-参与AI Impacts项目的研究人员已经开发出一种将超级计算机与大脑进行比较的方法-通过测量计算机可以在其自身系统内移动信息的速度,按照这个标准,人脑比IBM的红杉超级计算机强大30倍。日本研究人员曾在“京”超级计算机上进行人类大脑活动模拟,40分钟才能整理出仅相当于大脑活动一秒钟的数据。

综上所述:

       现在知道你的脑花有多“廉价”了吧------你的眼睛更是无价?

总结:

       我们研究生理视力复健不得不涉及更多的与视觉相关的科学知识。假如单独去谈视力问题是不全面也是不科学的。我们必须学习“眼睛与大脑”的密切关系,这才是视力复健工作者入门服务的认真态度。


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