大腦如何處理複雜的視覺刺激？

表徵是一種假定的認知符號，是外部世界客觀事物在腦內的呈現方式。大腦如何為我們所見到的事物建立內在表徵？傳統觀點認為，具體事物的新特徵是在同一皮層區內形成表徵並進行傳播的。然而，在日前發表在《科學》上的論文中，日本東京大學醫學院的研究者提出了一種嶄新的觀點：對於靈長類動物，內在表徵的形成和傳播發生在不同的區域，這些區域處在不同的層級。

研究者對兩隻恆河猴進行了研究，發現表徵的原型形成於層級較低的TE區，轉移到層級更高的36區後才開始逐漸傳播。「我們將這種機制稱為『前導編碼創建及後發擴散』機制」，文章的通訊作者、東京大學醫學院的認知神經生物學教授宮下保司（Miyashita Yasushi）在接受果殼網的採訪時表示。

「布羅德曼36區和視覺區TE都與高層次的視覺認知過程有關。」宮下保司介紹道：「36區是鼻周皮層（perirhinal cortex）的一部分。相較於TE區，記憶過程與36區的關係更加密切。」

研究者讓兩隻成年恆河猴觀察6組成對的視覺刺激（圖I），經過幾個月的學習，兩隻恆河猴學會把成對的圖像聯想在一起。此後，研究者對兩隻恆河猴TE區與36區的神經活動進行了分析。分析結果表明，在TE區中，成對圖像中的一幅圖像會使源神經元（unit 1 neurons）產生選擇性應答，但與之對應的另一個圖像則不能引起源神經元的應答；靶神經元（unit 2 neurons）則會對兩幅圖像都產生應答。而在36區中，源神經元與靶神經元都會對兩幅圖像進行應答。

通過測量神經元的成對編碼指數（pair-coding index，PCI），研究者分析了神經元對成對視覺刺激的應答強度。結果顯示，在表徵的形成和傳播過程中，TE區和36區之間存在層級關係：成對圖像引起的視覺刺激從TE區的源神經元傳遞到靶神經元，在信息處理過程中，少量聯想表徵的原型在TE區形成並被轉移到層級更高的36區，然後隨時間推移，這些表徵在36區廣泛傳播（圖II）。

雖然還沒有直接的研究證據，但宮下保司認為這種層級關係在進化上具有積極意義。「我們推測，一個高層皮質區（如36區）會接收許多來自不同低層皮質區的『前導編碼』。這個皮質區可能選出信息處理過程中最適當的少數『前導編碼』，並將其擴散。」宮下保司對果殼網說，「相較於前導編碼在同一皮質區形成並擴散的情況，這種『選擇-擴散』式的處理過程可能更加靈活並有效率。」

「此前沒有其他皮層區的研究使用過與我們類似的方法。傳統的單一單元記錄手段已經不夠強大。」宮下保司補充道：「相比之下，我們採用的微型神經迴路分析方法在每個皮層區的研究中都很有必要。」接下來，宮下保司的團隊將把他們的分析方法推廣到其他腦區。「除了視覺刺激之外，我們還需要探索在處理其他刺激時，這種腦區間的層級關係是否也是普遍的。」