脑视觉成像
“看” 似乎是一个简单的过程，只要睁开眼睛我们就能看到美丽的世界。睁开眼睛你可以看到川流不息的人海，你可以看到五彩斑斓的花朵，你可以看见车水马龙的大街，一切都是那么轻松与自然。
不过你有没有思考过“看” 是怎么完成的呢？
这些看似能轻而易举完成的任务背后，蕴含了复杂的神经计算模型。心理学家和认知神经科学家们在这个领域已经耕耘好多年，“看”的科学被他们称之为脑视觉成像研究。今天我们一起来了解下《脑视觉成像》。
一切心理过程都是神经科学的表现。当我们的视网膜接收到光线，它会把看到的光线转化为电信号，通过神经元之间的信息传递，往大脑皮层而去。
经过对外侧膝状体的中继，视觉信息到达大脑皮层。首先接收信息的就是初级视觉皮层（V1），它会分析所看见物体的大小，方向，边缘等信息。
之后，视觉信息会被各 个大脑区域逐步分析，比如下颞叶皮层会分析看到的东西是什么，而中颞区皮层会分析看到东西的运动和位置信息。
最终，我们的大脑会汇总看到的一切，解读出我们眼前的事物。按照神经科学以及人工智能的巨擎 大卫·马尔 David Marr所言：“视觉正是信息处理过程”，我们在 “看” 世界的时候，就是视觉信息在视觉处理脑区内被逐步分析解读的过程。
研究眼底的视网膜，就是研究视觉过程的“窗户”。视觉起始于眼球底部的视网膜，在视网膜上有视杆和视锥两类光感受器，他们对于不同波长的光线敏感程度不同，于是我们才能看到五彩斑斓的景象。
事实的确如此，不过视网膜仅仅是视觉的起点，光线会汇聚在眼球底部的视网膜区域。
在这里，我们有两类光感受器：视杆细胞（柱状）以及视锥细胞（椎状）。
有趣的是，其实视杆和视锥细胞分布在视网膜的最后。它们接收到光线后，会把这部分能量转化为电信号，向前面的神经节细胞传递。
是不是有点像叶绿体把光转化为能量？
让我们思考下大卫·马尔的洞察，视觉神经系统的每一层都是在做信息处理，比如光感受器就是把光信号转化为生物电信号。
虽然整个视觉系统每一层的信号转换方式方法不同，不过总体的看，他们都在做类似的工作。
之所以感受光线的神经元在排布在视网膜最后，有一个很不错的解释。
光线在传递过程中，眼内各种半透明的结构都会导致光线的反射、折射、和衍射。越多层半透明结构，越可能导致成像模糊。排在光感受器前面的神经节细胞等神经元也会影响到光的接受，而光感受器在最后几层，则可以有效地减少各类光学现象干扰。
视网膜上成像最清晰的区域是中央凹。这个区域只有视锥细胞。而且在视锥细胞之前没有任何神经元影响成像，光学干扰被减少到最小。
为什么中央凹只有视锥细胞没有视杆细胞呢？
这就是视网膜的神奇之处：视锥细胞接收到的像清晰度更高。
虽然每个眼球内视网膜上的光感受器有一亿多个，但是只有六百万个是视锥细胞，其余是视杆细胞。
视锥细胞对于亮光敏感，也对色彩敏感。我们看到的世界大多数是视锥细胞为我们提供的。
视锥细胞大多出现在中央凹。
它们基本与参与中继的神经节细胞对应，保证传递信息的精确。视杆细胞往往在中央凹之外，他们的成像不够清晰，上百个视杆细胞才会与一个神经节细胞对应，这样能保证信息足够强度。
我们能看到颜色，得归功于视锥细胞。
科学家把视锥细胞分为三类，根据他们敏感的光线波长分为S（短波），M（中波），和L（长波）三种。
自然界中可见光是一个光谱带，S型视锥细胞对于蓝色的光线更敏感。不过色彩、知觉远比这个复杂，还涉及到细胞感受野的拮抗理论，还有视觉皮层的一系列处理工作，简单的视觉也是无比复杂。
视网膜接收到的信息会通过视神经向大脑皮层传递。
我们的左右半脑其实处理的都是对侧的信息。正确的说法是：在不同半脑的初级感觉皮层（视觉、听觉、触觉），更倾向于接收对侧的信息，但并不是没有同侧信息。
在高级处理皮层就对双侧信息都加以处理。
左边的信息传输到右侧大脑，反之亦然。经过传递与预处理，视网膜上的信息最终会抵达初级视觉皮层，也就是大脑的最后端枕叶区域。从这里开始，大脑正式开始对视网膜接收到的信息进行处理。
大脑首先接收到信息的就是初级视觉皮层（V1）。在这里的神经元可以从视网膜提供的信号中恢复出颜色信息、方向信息、以及边缘信息。
按照伦敦大学计算神经科学李兆平教授的观点，初级视觉皮层提供了一张‘看’的特征图。不过初级视觉皮层，顾名思义，它的处理还是很初级的。
在它之后的V2皮层会对于初级视觉皮层的信息进行线性与非线性转置（根据Freeman团队与2013年在《自然》杂志上的研究成果），从而恢复出更为复杂的信息：材质信息。
再之后，视觉信息兵分两路。其中关于运动、位置、方向的信息更多的向中颞叶皮层（MT）而去以抵达顶叶，这被称为背侧通路。而分析视觉信息的内容（对信息进行类比）会被传递到v4皮层最终抵达下颞叶皮层（IT）；被称为腹侧通路。
背侧通路和腹侧通路的划分假说，是著名实验心理学家和神经科学家莱斯利·G·昂格莱德Leslie Ungerleider提出。
她通过摧毁猕猴的部分脑区的方法发现了两个通路的功能不同。在腹侧受损之后，猕猴没法判断两个图案是否一致；但是在背侧受损之后，猕猴就不能判断某个特别的图案是左边还是右边。
在腹侧和背侧通路上，视觉的处理就非常的复杂了。倘若在初级视觉皮层，神经元的处理可以用数学公式来描述的话，在腹侧通路上的下颞叶皮层的活动对于我们来说还无法用数学模型表达。
视觉已经是神经科学中探索最为广泛与深刻的一部分，但它依旧迷雾重重。哪怕是聪明的科学家们都没有办法避免科研道路上的挑战。在2017年，视觉科学协会（Vision Science Society）年度大会上，来自明尼苏达大学的Kendrick Kay教授提到他的研究取向：“不要用我们自己的视觉系统来研究人类的视觉系统。” 简单说来，“看”这件事情太过轻松和简单，会让我们有时候低估了视觉的复杂性。
简言之，我们”看“到的一切都是客观视觉信息+主观大脑处理的产物。我们的大脑不停地在对视觉信息做着主观加工和处理，一个很好的 例子是“两可 图”：
当我们盯着这张图看一分钟的时候，客观上图片上的像素点和我们接收的视觉信息没有任何变化，但是主观上我们却时而看到人脸，时而看到杯子。
这正是因为大脑在不停地试图“解释”和“加工”视觉信息。所以，人脑从来都是不是客观精准的信息处理器，它在进化中被创造出来的目的就是让生物主体更好地生存和理解这个世界。
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