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哈佛大学“运动视觉”的研究疑点------人眼新问(18)

已有 865 次阅读 2020-8-20 13:42 |个人分类:小宇宙探索|系统分类:观点评述| 哈佛大学, 运动视觉, 《神经元》, 科学网, 科技日报

哈佛大学运动视觉的研究疑点

Harvard University's study of "motor vision" raises questions

------人眼新问(18)神经元回路能搞清“运动视觉”吗?

都世民(Du Shimin

 

问题的提出

2020/8/18 ,中国科学报和科学网刊文:“科学家揭秘运动视觉机制”。

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/8/444281.shtm

研究目的弄清运动和视觉之间的关系

研究单位:美国哈佛大学。

研究方法概述:观察了动物自由漫游时,大脑中分析图像的一个主要区域发生了什么

研究结果当动物运动时,初级视觉皮层的图像处理回路不仅更活跃,而且它们会从大脑的运动控制区域接收信号,这个区域与处理动物正在看的东西的区域是独立的。

研究结果发表在《神经元》上。

2020-08-14 ,科技日报发表文章:大脑如何判断危险信号?防御反应存在简单策略。这篇报道是中国研究人员研究结果,与上一篇报道有关联,这篇报道强调的是大脑一个区域,获取危险信号,作出反应,也就是动物的移动方向。而上一篇报道是眼球运动,来判断运动方向,这两个结果完全不同。研究者认为,视觉系统在判断危险信号时可能会忽略掉一些细节,只基于某些关键视觉线索进行判断。研究团队开发了基于红外触摸屏的小动物行为自动监测系统。通过给小鼠设定视觉刺激,记录小鼠在遇到视觉刺激时的反应参数。两篇报道的研究方法完全不同,结论也不同。这篇报道的研究成果发表于《BMC Biology》期刊上

笔者这对这两项研究有诸多疑问,美国哈弗大学研究的创新点不明显,中国的研究人员的创新点比较明确,但对存在的问题并没有更深入的研究,为此提出如下疑问

对研究结果提出的疑问

1)研究者认为,动物运动是如何用大脑来“观察”的复杂神经元回路发挥的作用,在很大程度上仍是未知的。这种说法不确切,动物运动时观察周围的事物,用单纯的所谓映射神经元回路能说得清吗?首先映射的神经元回路,与人眼的细胞回路之间的关系,没有很好证明,至今人的眼睛是如何成像这之间的细胞连接仍然不清楚,人与动物之间有什么差异?这也不清楚。在这种情况下,通过大脑来研究,就有些瞎子摸象的研究思路。是通过动物实验来说明人,还是直接对人的眼睛进行研究,应该加以区别。

2)研究者认为,灵长类动物和人类使用复杂的眼球运动来集中视觉。笔者认为这种说法存在问题,眼球运动怎么能够在把视觉关注点集中,不同学科对视觉的关注点有不同解释,心理学家、脑科学、佛学对这个问题的解释是不同的,因为视觉成像,是在视网膜上,还是在大脑中枢神经系统?或者说是在人的“心”,这些概念是不同的,如果成像说不清楚,关注点更说不清。而眼球运动是由谁控制?他与视觉是不是一个通道?生物学认为是眼外肌控制眼球,眼外肌是靠什么控制?它的微观机制是怎么形成的?不同动物眼睛的构造也不同,用头部的移动和眼球的移动的区分,想说明关注点,根据不充分。对这个问题应该进行更深入的研究。

3)研究者认为,视觉实验的典型设置是将动物比如老鼠或猴子注射镇静剂并将其头部固定在一个位置然后给予视觉刺激,比如照片,这样研究人员可以看到它们大脑中的哪些神经元会做出反应。

这篇报道的改进点,研究者把每只大鼠通过植入电极后放在一个笼子里,并持续记录它们的头部运动。以这种方法测量了大鼠运动时初级视觉皮层的大脑活动。笔者认为这些方法的改进,没有本质的区别

问题在于研究人员为什么使用机器学习算法对两种模式进行了编码?这样做带来的问题是什么?有专家对这个方法提出疑问。

4)人眼电测为何引入电极?笔者在科学网曾经发表一篇博文,讨论这个问题

http://blog.sina.com.cn/s/blog_5e7be7c50102zjfe.html

无论这个电极植入在什么部位,是在大脑皮层还是在视网膜上?这个电极与细胞之间是怎么连接的?是有线的还是无线的?如何证明?如果这个电极是在视网膜上,它必然受到光线的电磁波辐射的影响,也就是说电极会接收到这个信号。如果电极在大脑皮层,同样会受到周围环境的电磁波影响,这是不可避免的,怎样才能把这些信号除掉?为了证明这一点,从过去的实验中,可以看出。谢平的著作中可以查出。(探索大脑的终极秘密:学习、记忆、梦和意识科学出版社,2018. 1 )。

5有关视觉通道有几条?(https://new.qq.com/omn/20200501/20200501A05MX200.html

视觉的反馈通道解决没有?这两个问题很关键,如果这个问题不解决,这篇报道的试验研究是存在问题的,动物和人视觉的关注点,是有反馈通道的情况下才能形成,而人还有意识的问题存在,这个问题更难搞清,也就是说单靠映射的神经网络是说不明白的。关于这方面的研究不在于动物固定头部还是不固定头部的差异。本质问题不在于此。

6研究者认为,研究结果的数据显示,平均而言,即使在黑暗中,在运动时,大鼠视觉皮质的神经元也比休息时更活跃,因为在一个漆黑的房间里,并没有需要处理的视觉数据。这意味着这种活动来自于运动皮层,而不是外部图像。笔者认为对这个问题的看法,根据不充分,动物有在夜间工作,也有在黑暗中工作,老鼠和鱼就不同,老鼠和人也不一样,人的感光细胞在昏暗或明亮的时候是不一样的,有交换机制。实际上这些问题比较复杂,单纯靠神经元的激活数量,来探讨活跃的程度,并不能够说明问题。

7)研究者还认为,运动时视觉皮层的神经模式在黑暗和光明中是不同的。研究人员使用机器学习算法对两种模式进行了编码。通过观察大鼠视觉皮层的神经活动,不仅能判断出其头部的移动方向,还能在它们做出动作前几百毫秒预测出移动方向。笔者认为人的视觉皮层、感光细胞,在昏暗和光明的两种情况下是不同的,这早已探明。那么在运动时是不是改变了这种情况呢?难道这个结论是研究者自己确定的吗?能够说明不运动或运动时,这两种情况会改变吗?人的头部移动与人的眼球的移动都是同一通道控制吗?怎么证明?

8笔者从先天性盲人复明的案例中,发现单靠神经元回路的激活程度,根本搞不清楚这之间的关系,也就是说先天性盲人复明为什么不能够区分物体的形状?是立方体还是球体?而后天性盲人复明却不是这样,这两种情况都不同,用神经元回路的激活程度,来判断是不够的,是说不清楚的

8)关于视觉线索这个概念不明确,对大脑的警戒区域也没有写明划定方法,在动物的实验中,是否植入电极也不清楚。研究者认为,实验数据给出小鼠大小、位置以及对应的时间,根据这些数据可以计算小鼠逃跑的速度、僵直的时间、站立的次数等等,数据的采集和后续的计算和统计都可由程序完成,可以说我们的系统基本实现了小鼠行为数据采集和分析的自动化。但没有说明小鼠的逃跑方向。研究者给出,小鼠对圆盘阴影的大小变化和扩大速度的检测存在一个“警戒范围”,即“警戒范围”大小处于10°至40°,扩大速度在57°/s320°/s。研究者认为,小鼠基于视觉线索是否处于警戒范围来做出反应,而不是为不同的天敌“定制”特定的检测机制。笔者认为这项研究,把视觉信息和反馈,笼统称为视觉线索”,这之间到底是什么关系?仍然不清楚。




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