学术笔记(附讲座视频)  抑制性神经机制:从感知到智能

 

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主讲人:Duje Tadin 教授,美国罗切斯特大学

记录人:莫测(方方教授实验室)
2016年3月31日下午,受北大-清华生命科学联合中心方方邀请,美国罗切斯特大学的Duje Tadin教授在北京大学王克桢楼1113室带来一场题为“Suppressive neural mechanisms: from perception to intelligence”的讲座。

一、总体介绍
外围抑制(surround suppression)是视觉加工过程中的一个典型的神经生理现象。大量视觉神经科学研究证据表明,神经元的发放频率随着刺激的尺寸增大而提高,当刺激尺寸大于目标神经元的感受野时,这表明神经元感受野外围部分的刺激对神经元的活动产生了抑制。那么,这一典型的神经生理现象是否会对知觉行为产生影响呢?Tadin教授首先介绍了他们关于这一问题的经典行为心理物理学研究。他们发现,被试在针对不同尺寸和不同对比度的光栅运动方向进行知觉辨别时并没有一致性地表现出抑制效应,而是表现了双重加工机制:当刺激的对比度较低时,被试需要对视觉空间的输入信息进行叠加(spatial summation)以降低知觉噪声。此时,刺激尺寸越大越利于被试需要对输入信息进行空间叠加,因而对光栅运动方向的辨别力越好。而当刺激对比度较高时,知觉噪声较弱,被试不需要进行过多的空间叠加。此时刺激尺寸越大,空间上的外围抑制效应越强,因而对光栅辨别力越差。这一结果表明外围抑制对知觉行为具有显著的影响,且发生于知觉信息噪声水平较低的时候。随后,Tadin教授等人通过一系列实验系统探索了这一行为上的外围抑制效应是否可体现在其他刺激与其他的知觉行为测量指标上。他们发现,对不同的刺激,不同的知觉行为指标(反应时、后效等)都出现了上述的外围抑制效应。这说明,外围抑制效应并不是一个偶然的现象,而可能与知觉能力的强弱具有关联。

二、精彩回顾
那么,外围抑制效应与知觉能力强弱是否存在关系呢?为探讨这一问题,Tadin教授等人首先比较了知觉表现低于正常水平的特殊人群(老年人、儿童、抑郁症患者、精神分裂症患者)与正常成年人群的外围抑制效应强弱。结果发现,在这些知觉能力较弱的人群中,普遍表现出显著弱于正常成年控制组的外围抑制效应。进一步,Tadin教授等人在正常成年被试的MT脑区施加了经颅磁刺激(TMS),他们发现当MT区域的神经元活动受到抑制后,外围抑制效应随之受到削弱。这些结果说明外围抑制效应的强弱与知觉能力的强弱之间密切相关,知觉能力越强,外围抑制效应往往也越强。
既然外围抑制效应与个体知觉能力的强弱存在密切联系,那么如果外围抑制效应具有重要功能性意义,那么它的功能性意义是什么呢?Tadin教授认为,外围抑制是视觉系统对输入信息实现前景背景分割(figure-ground segmentation)的重要机制。视觉系统对大区域的信息进行整合时,总信息量会得到增加,但精确度会下降。反之,视觉系统对小区域的信息进行整合时,总的信息量减少,而精确度会得到提高。如何根据个体与认知任务需求,动态地保持两者之间的平衡,视觉系统需要进行前景背景分割,即选择性地抑制前景区域之外的周边信息,而这很可能是通过外围抑制机制实现的。

感知觉信息加工能力与智商往往存在密切的联系。高智商人群往往也具有更强的感知觉信息加工能力,表现为更短的反应时间以及更高的知觉敏感性。另一方面,外围抑制在知觉加工中具有重要作用,那么它是否也与个体智力发展水平相关呢?Tadin教授等人测量了不同个体的外围抑制效应大小与智商水平,并对两者进行了相关分析。结果表明,外围抑制效应与智商之间存在显著的正相关。这说明外围抑制作为知觉加工能力的一个重要指标,其与智商之间也可能具有重要关系。
三、Q&A:

Q1: 外围抑制现象是否与注意有关呢?或者可否认为注意就是引起外围抑制的原因呢?

A: 不。我们的实验证据发现注意并不能改变抑制。

Q2: 知觉加工中外围抑制的程度与智商水平之间存在相关,那是否意味着通过训练提高外围抑制也能提高智力水平呢?此外,在运动刺激的加工过程中,MT在运动刺激加工的外围抑制起了重要作用,那是否意味着MT部分决定了智力水平的高低相关呢?

A: 不,我们不认为是这样的。两者之间的确存在某种相互关联,一种更合理的说法是,智商高的人往往在知觉加工过程中表现出更强的外围抑制效应。或者说,如果可以通过某种训练提高智力,那么我们可以预期这些接受训练的人进行知觉加工时的外围抑制效应会更强,但反之并不成立。

Q3: 知觉加工中外围抑制的程度与智力之间存在相关,那么具体和哪部分的智力存在相关呢?

A: 我们发现外围抑制与语言智力(verbal IQ)和非语言智力(non-verbal IQ)都有相关。其中,与语言智力相关程度更强。

Q4: 老年人在加工高对比度刺激是没有出现外围抑制效应,是否是因为老年人看实验用的高对比度刺激,实际上等效于年轻人看低对比度刺激?

A: 我认为这是一个非常重要而有意思的观点。这完全是可能的,我们希望在后继的实验研究中进一步探讨这个问题。

四、讲座视频观看地址:

http://162.105.160.12

五、致谢

感谢美国罗切斯特大学的Duje Tadin 教授此次到北大-清华生命科学联合中心进行学术交流,也感谢北大-清华生命科学联合中心方方的邀请;感谢方方实验室研究生莫测对本次学术笔记的撰写和整理;感谢北大-清华生命科学联合中心文献阅读课助教徐小婵和高总茂的辛苦组织和录像;此外对本次学术交流提供支持的北大麦戈文脑科学研究所办公室的同事一并表示感谢!

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