新的大脑映射技术揭示了视觉处理的神经代码工作过程

DETI 映射来自观察实验中使用的一种刺激的人的大脑（最左边）。中心列显示了头部后部电极的扁平地形图，说明了头皮区域每个电极处的 DETI 图的变化。在右侧，每一列显示了不同电极的视觉代码时空演变的特写（每一行对应于不同的时间点，以毫秒为单位）。每种颜色代表映射到每个图像位置的七种不同神经群体响应中的一种，从而揭示在不同时间点哪个神经群体对图像区域进行了最佳编码。来源：布鲁斯·汉森

人类越来越接近于理解大脑如何编码视觉信息，因为研究人员现在已经开发出一种方法，可以将随时间变化的大脑反应映射到图像，以揭示大脑如何处理视觉信息。

科尔盖特大学神经科学教授 Bruce C. Hansen 与 Michelle R. Greene（贝茨学院）和 David J. Field（康奈尔大学）合作介绍了动态电极到图像 (DETI) 映射——一种利用高时间的分析技术脑电图 (EEG) 的分辨率，以呈现与不同神经信号相关的视觉特征图。在下面的视频中查看映射到图像的神经反应的实时示例。

研究“动态电极到图像（DETI）映射揭示了人脑的视觉信息时空代码”已发表在PLOS 计算生物学杂志上。

“在观察任何环境时，我们的大脑都会在大量神经元中编码视觉信息，从而实现各种智能行为。然而，用于指导行为的视觉代码并不像图片那样稳定，而是随着时间的推移而演变，不同的神经元群体在不同的时间点对代码做出贡献。我们的 DETI 映射技术让我们首次了解了图像中每个位置的时变代码，”Hansen 说。

基于功能磁共振成像 (fMRI) 的体素编码分析的最新进展使得能够基于大脑数据对图像进行引人注目的重建，但由于 fMRI 的时间分辨率有限，只能及时渲染单个快照。Hansen 及其同事介绍的 DETI 映射程序基于 EEG 信号，这为以毫秒精度映射图像的神经代码提供了机会。

为了成功地将视觉代码映射到带有 EEG 数据的图像，Hansen 及其同事必须克服许多方法上的挑战。“脑电图记录的大脑信号受到头骨的干扰，以及由于大脑的折叠模式而产生的不同程度的消除。” 使用大脑的生物学上合理的编码模型，汉森和他的团队能够通过测量大量图像中编码像素之间的对应关系以及由此产生的神经反应变化来规避这些问题。“考虑 DETI 映射过程如何工作的一种方法是将图像传递到大脑并将生成的神经代码投射回图像上。” 因为EEG可以测量不同头皮位置的神经信号，

DETI 程序生成的映射数据为图像的神经代码如何随时间演变提供了新的重要见解。Hansen 及其同事报告的最引人注目的结果之一是，大脑似乎以一种在不同时间点用不同神经群体强调不同图像区域的方式扫描图像。“这样的扫描程序可能有助于早期确定地平面的优先级，以支持导航判断，随后重点关注地标组织。”

这些发现引发了新的有趣的问题，即当人们从事不同的任务时，进化的神经代码如何通知更高层次的认知过程。“我们知道视觉信息的代码分布在大量神经元中，但该代码的分布方式取决于给定任务的目标。这意味着大脑并不仅仅基于环境创建一个心理画面，而是创建一个最符合人的行为目标的表示。” 幸运的是，DETI 映射为探索基于任务的视觉代码的神经动力学以及这些代码最终如何支持基于任务的决策提供了机会。