大脑如何制造并不存在的画面

研究揭示特殊神经元可驱动幻觉，大脑主动构建现实而非被动接收。

Kanizsa方形

视觉幻象总能让人着迷：明明看到的是四个像吃豆人一样的黑色图形，大脑却偏偏“看”到了一个白色方形。这种“眼见未必为实”的现象，究竟是如何产生的？加州大学伯克利分校的Hyeyoung Shin、Hillel Adesnik与Allen研究所的团队，最近在《自然神经科学》上发表了一项突破性研究，揭开了大脑处理幻象的秘密。他们发现，一种名为IC-编码神经元的特殊细胞，竟能让大脑“看到”并不存在的东西。

研究中，科学家们观察了小鼠在面对如Kanizsa三角这样的幻象图像时，大脑的电活动模式。他们使用了一种叫双光子全息光遗传学的高端技术，向IC-编码神经元发射光束，模拟幻象出现时的神经反应。令人惊讶的是，即便没有幻象图像，这些神经元被激活后，依然能触发与看到幻象时相同的脑电模式。这就像大脑在“自导自演”一场视觉戏法。

Shin解释，这种神经元之所以能“编织”幻象，是因为它们拥有独特的突触连接方式，能够高效完成所谓的“模式补全”。简单来说，大脑的高级视觉区域会先“猜测”出图像的整体形状，比如把不完整的圆形解读为一个方形，然后将这个指令“下放”到初级视觉皮层，由IC-编码神经元执行。就像公司高管对基层员工下达任务：去“看”一个方形，哪怕眼睛接收到的只是零散的图形。

这项发现颠覆了我们对视觉的传统认知。过去，我们常认为视觉像相机，忠实记录外界信息。但研究表明，视觉更像一台复杂的计算机，基于过往经验和计算，主动构建我们眼中的世界。比如，面对Kanizsa三角，大脑会根据经验推断出一个完整的三角形，而不是被动接受四个缺角的圆形。这种主动性意味着，我们的感知远比想象中更灵活，也更容易被“操控”。

Kanizsa三角

研究不仅揭示了大脑的奇妙机制，还对某些疾病的治疗提供了启示。Allen研究所的Jerome Lecoq指出，在精神分裂症等疾病中，患者大脑可能出现异常的物体表征，随机“冒出”不存在的物体。如果不了解这些表征如何形成，就难以找到有效的治疗方法。而IC-编码神经元的研究，为定位这些异常活动提供了线索。

实验中，Allen研究所的OpenScope项目发挥了关键作用。这个项目允许外部科学家使用尖端设备进行实验，为研究提供了独特的脑电记录技术。研究团队利用六个Neuropixels探针，实时捕捉了小鼠大脑的反馈回路活动，精确到毫秒级别。这证实了高级脑区与初级视觉皮层之间的“对话”确实存在，为理解幻象的神经机制提供了坚实证据。

这项研究的意义远不止于实验室。Lecoq认为，它让我们重新思考视觉和感知的本质。我们的眼睛并不是简单地“看”，而是大脑在根据经验和计算，勾勒出一幅属于自己的现实图景。这种机制不仅解释了为何我们会被幻象欺骗，也提示了大脑在处理复杂信息时的惊人能力。

对于普通人来说，这项研究或许能让我们更理解自己的感知。比如，下次看到“不存在”的方形，不妨想想，这或许是大脑在用它的“创造力”与我们开一个小玩笑。而对于科学家，这项发现为探索大脑如何构建现实、如何在疾病中失调，打开了一扇新的大门。

本文译自 medicalxpress，由 BALI 编辑发布。