【神經科學】 視覺神經科學擴展視野 - 科學家發現新視區

■ 我們之所以有視覺,跟大腦裡的視覺皮層 (visual cortex) 有密切的關係。最近澳洲蒙那許大學 (Monash University) 的研究團隊在意想不到的地方發現了一個新的視區。

普通狨猴 (common marmoset) 的後半腦皮質層結構. 不同顏色的區域標示不同的腦區域. 箭頭指的紅色區域是新發現的視區 "前紋狀區" (prostriata).

撰文│俞欣豪博士

我們之所以有視覺,跟大腦裡的視覺皮層 (visual cortex) 有密切的關係。視覺皮層是個龐大而且複雜的組織。科學家發現它可以被區分為許多視區 (visual area)。每個視區負責處理不同的視覺資訊。依照目前的估計,人類的視覺皮層至少可以被劃分成三十個視區。 科學家尋找視區已經有超過半世紀的歷史。近二十年興起的核磁造影技術甚至可以掃描整個腦的活動,許多人因此認為所有最主要的視區都已經被找到了,有沒有可能我們忽略了一些視區呢?最近澳洲蒙那許大學 (Monash University) 的研究團隊在意想不到的地方發現了一個新的視區。

最明顯的地方常常是最容易被忽略的地方。主視皮層 (primary visual cortex) 是科學家第一個發現的視區,它周邊的區域應該都被研究得很清楚了,不應該會有遺漏之處。不過七零年代初期有些解剖學家注意到主視皮層的最前端還有一個狹小的腦結構,稱為前紋狀區 (prostriata)。因為它處在腦溝深處,不容易觀察,一直沒有得到重視。前紋狀區的細胞組成跟視覺皮層非常不一樣,一般被認為是演化上比較原始的壓後皮層 (retrosplenial cortex) 的一部份,跟記憶、感情,或空間感之類的認知功能有關。很少人猜想它是視覺系統的一部份。最近科學家利用電生理學方法研究猴子前紋狀區的神經反應,發現它其實是個視區。前紋狀區的神經會受視覺資訊的刺激而反應。它們反應快速,平均在視覺刺激出現 55 毫秒後就開始反應,遠早於其它大部份的視區。

最令人驚訝的地方是前紋狀區裡絕大部份的神經只對邊緣視野裡的資訊有反應。這個發現違反了視覺神經科學的一個基本原則。以前發現的所有視區,大部份的資源都是用來處理眼前的視覺資訊。離視野中心越遠,就越少有神經負責處理。邊緣視野似乎是神經系統最不在意的部份。不過你有沒有在全神貫注做一件事時,被忽然跑出來的小貓嚇了一大跳的經驗呢?因為突然出現的事物通常最早出現在視野的邊緣,可以猜想也許腦裡有特殊的系統,專門監視周遭的環境,以便應變。前紋狀區的發現為這個猜想提出具體的證據。

除此之外,前紋狀區還有一些解剖學上的獨特之處。視覺皮層一般被認為是個階層性系統. 低階層視區處理比較基本的視覺資訊 (如線條的角度與顏色),高階層視區處理比較抽象的資訊 (如人臉, 物品, 空間關係等)。低階層視區把分析過後的資訊傳給較高階層的視區。 視覺訊息一直要達到階層的最頂端,才會跟其它的腦系統整合。以運動系統為例, 假設你在玩電腦遊戲,要按鍵射擊快速飛過的太空船。傳統理論認為視覺資訊要經過層層關卡,一直要達到後頂葉 (posterior parietal lobe) 的高階層視區後才會被傳給負責做決策與運動的腦結構。這需要花不少時間。前紋狀區的反應迅速,是個低階層視區,但它與眾不同之處就是它直接跟運動系統連結。視覺訊號因此可以繞過大部份的視覺階層,快速地影響行為。前紋狀區不只連結運動系統,它還廣泛的跟許多其它的腦結構溝通。已知跟前紋狀區連結的結構遍佈整個腦,相關的功能包括聽覺、記憶、感情、認知與決策。

前紋狀區的研究說明了邊緣視覺有特殊的重要性,在腦子裡可能有專門的線路處理。這個未知的線路似乎不同於傳統理論的階層結構。它跳過大部份的階層,讓視覺資訊快速的跟別的知覺資訊整合,廣泛而且直接的影響行為與認知功能。解剖學家 Kathleen Rockland 教授評論說這個發現對於我們怎麼理解視覺系統,甚至是怎麼理解視覺,有廣泛的影響。
--

相關論文發表於最新一期的〈當代生物學〉期刊 (Current Biology; Vol 22, p 1351)。 本文作者俞欣豪博士是該論文的作者。

責任編輯:Nita Hsu

4,412 人瀏覽過

發佈留言

發佈留言必須填寫的電子郵件地址不會公開。 必填欄位標示為 *

為了避免你是機器人,請在留言前回答以下問題: