当一个人看到一幅熟悉的图像时，即使在几秒钟前只看到过一次，人脑中也会发生一些独特的事情。

直到最近，神经科学家还认为，大脑中一个被称为下颞叶（IT）皮层的视觉部分的剧烈活动意味着这个人正在看一些新奇的东西，就像一张陌生人的脸或者一幅从未见过的画。另一方面，大脑皮层活动的减少表明了熟悉程度。

但是，宾夕法尼亚大学的神经学家Nicole Rust认为，这种理论中的某些东西，称为重复抑制，并不成立。“不同的图像产生不同程度的激活，即使它们都是新奇的，”心理学系副教授Rust说。“除此之外，其他因素——例如图像的亮度或对比度——也会产生类似的效果。”

在《pNAS》上发表的一篇论文中，她和博士后Vahid Mehrpour等人提出了一个新的理论，在这个理论中，大脑理解来自感觉输入的预期激活水平，并对其进行校正，留下熟悉的信号。他们称之为感觉参照抑制。

视觉系统

Rust的实验室专注于系统和计算神经科学，它将神经活动的测量和数学建模结合起来，找出大脑中发生了什么。一个方面与视觉系统有关。“视觉最大的中心问题是如何将来自世界的信息以一种可解释的方式输入我们的大脑，”她说。“我们知道我们的感觉系统必须将其分解，这是一个复杂的过程，为了清晰起见，这里大大简化了：信息通过视杆和视锥进入眼睛。它一个神经元接一个神经元地穿过构成视觉系统的一堆大脑区域，最后到达一个叫做IT皮层的视觉大脑区域。它的1600万个神经元根据被观察的内容以不同的模式激活，然后大脑必须解释这些模式来理解它所看到的东西。

“你得到一个特定面部的模式。咖啡杯的图案不同，铅笔的图案也不同。视觉系统就是这么做的。它把世界建立起来，帮助你解读你在看什么。”

除了它在视觉中的作用外，IT皮层的激活也被认为在记忆中起作用。重复抑制，古老的理论，依赖于这样一种观点，即有一个激活阈值被越过：更多的神经活动告诉大脑图像是新奇的，较少的表明以前见过的图像。

因为有几个因素会影响IT皮层中神经活动的总量，也称为尖峰，大脑无法辨别是什么导致了这种反应。它可能是记忆，图像对比度，或者其他一些东西，Mehrpour说：“我们提出了一个新的观点，即在我们的案例对比中，大脑可以纠正这些其他因素引起的变化。在那次校准之后，剩下的是孤立的大脑熟悉性激活。换言之，当大脑在观察它以前所看到的东西时，它就会明白这一点。”

长期意义

为了得出这个结论，研究人员向两只成年雄性恒河猴展示了一系列灰度图像。每幅图像都出现了两次，第一次是新奇的，第二次是熟悉的，在一系列高对比度和低对比度的组合中。每次观看都精确地持续了半秒钟。这些动物被训练用眼动来指示一幅图像是新的还是熟悉的，而不考虑对比度。

当猴完成这项记忆任务时，研究人员记录了它大脑皮层的神经活动，测量了数百个神经元的峰值，这是一种独特的方法，不同于那些测量10000个神经元的平均神经活动代理的方法。因为Rust和他的同事想了解神经代码，他们需要单个神经元的信息。

利用数学方法，他们破译了说明猴如何区分记忆和对比的尖峰模式。这最终证实了他们的假设。"悉度和对比度都会改变整体的放点速度。我们所说的是，大脑可以把一个与另一个分开，并将其隔离开来。”

在未来，更好地理解这一过程可能会应用于人工智能，Mehrpour说：“如果我们知道在对比度等感觉输入发生变化时，大脑如何表现和重建记忆中的信息，我们就能设计出同样工作的人工智能系统。我们有可能制造出与大脑工作方式相同的机器。”

除此之外，Rust说，这一发现可能对治疗像阿尔茨海默症这样的记忆障碍性疾病有意义通过了解健康大脑中的记忆是如何工作的，你可以为预防和治疗困扰老龄化人口的记忆相关疾病奠定基础。”

但要实现这些目标，继续挖掘将是至关重要的，她说为了做到这一点，我们必须理解驱动行为的记忆信号。这项工作使神经科学家更进一步

原文检索：Vahid Mehrpour, Travis Meyer, Eero p. Simoncelli, Nicole C. Rust. pinpointing the neural signatures of single-exposure visual recognition memory. proceedings of the National Academy of Sciences, 2021; 118 (18): e2021660118 DOI: 10.1073/pnas.2021660118