PNAS：揭示机体在复杂环境中快速处理视觉信息背后的分子机制

试想一下，在交通繁忙的一天驾驶一辆车，在这样一种复杂的任务中，我们需要不断扫描周围环境，观察场景的不同部分从而监测正在发生的一切。为了做到这一点，机体的视觉系统不仅会检查和处理我们视线中的东西（比如骑车、交通灯或行人），还会将其投射到视网膜上帮助我们获得更为详细的场景地图的区域—中央窝(fovea)，而且还能监视视野的其余部分，即外围所发生的事情。

近日，一篇发表在国际杂志Proceedings of the National Academy of Sciences上题为“Different temporal dynamics of foveal and peripheral visual processing during fixation”的研究报告中，来自巴塞罗那大学等机构的科学家们通过研究提供了新的见解来揭示当人类在极短的注视时间内将目光转向场景中的某个特定点时，机体是如何处理中央窝和周边的视觉信息的。研究结果表明，在这些注视期间，机体视觉加工的时间动态存在一定差异，这一发现对于研究人员如何理解复杂和动态环境中的视觉信息具有非常重要的意义，比如在驾驶和其它需要高精度的活动中。

揭示机体在复杂环境中快速处理视觉信息背后的分子机制

图片来源：Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2408067121

文章中，研究人员概述了视觉系统如何处理来自中央窝和外周区域信息的新场景，具体而言，他们根据这些改变发生的确切事件比较了在短暂的固定事件内正确定位发生在中央窝和周边区域的变化的能力。研究者Cristina de la Malla博士说道，为了从环境中获得信息，我们会将目光投向我们认为在给定时刻最相关的场景部分，我们通过快速移动眼睛从一个点移动到另一个点，这一过程称之为扫视运动（saccadic movements）。当每次扫视运动后，都会有一个大约250-350毫秒的短暂注视期，在此期间，视觉系统不仅能获得要投射到中央窝上的详细信息，而且还必须监测周边区域以便能在下一次扫视运动时进行编程。研究者认为，当发生扫视运动后（眼球在注视之间的快速运动），对场景改变的处理或许取决于变化所发生的地点和时间。

此前有多项研究表明，扫视运动会影响机体的感知过程，相比而言，人们通常认为，视觉加工在短时间内是稳定的，而在比较中央窝和周围处理过程时，并未考虑在注视持续的时间内可能出现的差异。因此，在注视开始时，视觉系统或许更善于定位中央窝水平的变化，而不是周围水平的变化。在注视开始时，视觉系统识别中央窝区域的改变要比识别外周区域的改变要更好一些，但随着注视的进行，研究人员监测外周水平改变的能力也在提高，这或许是因为需要规划和执行下一个动作。

研究者认为，这或许是理解视觉处理的时间动态改变的又一步，目前的研究结果是在受控环境中所获得的，这一过程如何在更为复杂的环境中发展或许还有待进一步观察，比如，当我们变老或大脑受损时，这种处理信息的方式就会发生改变。综上，本文研究结果表明，视觉系统在注视过程的早期或许更适应于中央窝的输入，而在整个注视过程中，对周围刺激的变化定位或许会逐渐完善，这或许是为下一次扫视做准备的结果。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Cristina de la Malla，Martina Poletti. Different temporal dynamics of foveal and peripheral visual processing during fixation, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2408067121