新研究发现大脑皮层会不断对下一秒发生的事情进行预测

人类依靠自身感官来感知这个世界,而感官是通向外部世界的唯一窗口,所以人们也很少质疑它们对外部世界的真实度。在过去的20年当中,神经科学研究揭示了大脑皮层会不断对下一刻所发生的事情产生预测,而负责感觉处理的神经元会对我们的预测及实际情况之间的差异进行重新编码的动作。

由卡塔琳娜·冯·克里斯坦教授领导的德累斯顿工业大学神经科学团队,他们提出了一个新的见解:研究结果表示不仅仅是大脑皮层,连人类的整个听觉通路都会根据先前的预期来决定要收听到什么声音。在他们的研究中,研究小组使用功能核磁共振成像(fMRI)来测量19名参与者他们共同在听一系列声音时的大脑反应,首先参与者被要求找出声音序列中有哪些声音与其他声音不同,结果发现参与者的预期确实被操纵了,他们都会在序列的特定位置期待异常的声音出现。

新研究发现大脑皮层会不断对下一秒发生的事情进行预测

基于预测编码感觉处理的理论

神经科学家在负责听觉处理皮层下通路的两个主要核心—下丘和内侧膝状体中检查了异常声音所引起的反应,尽管当这些声音被放置在他们预期的位置时,参与者能更快地识别出来,但皮质下的核心只有在它们被放置在意料之外的位置时才会对这些声音进行重新编码。而这些结果可以在预测编码(predictivecoding)的背景下得到最好的解释,预测编码是一种感觉处理的理论,它将感知描述为一个假设检验的过程,它是由Rajesh PN Rao和Dana H. Ballard所提出来的,即神经系统的连结在适应了外界规则后,会在各个阶层中比较讯息,把没有被预期的成分,将它精简化再向上传输。

预测编码的优势在于可以大量减少冗余的资讯处理,仅仅传输跟预测不同的部分,并高效率地应用神经元有限的讯息传递量,毕竟自然环境中的信号大部分都是可预期的,而大脑在短暂瞬间可以处理的讯息量却是有限的。

物理世界的主观信念决定我们如何感知现实

该研究作者亚历杭德罗·塔巴斯博士对研究结果表示:「我们对物理世界的主观信念对我们如何感知现实具有决定性作用。」数十年的神经科学研究已经表明,人类和猿类大脑中最发达的部分—大脑皮层,会通过测试这些信念和实际的感觉讯息来扫描感官世界。且我们现在也已经证明,这过程支配着大脑中最原始和进化中最保守的部分。

简单地来说「我们所感知到的一切都可能被我们对物质世界的主观信念深深影响。」这个研究结果为神经科学家研究人类感官处理开辟了新的方法,也可以为阅读障碍患者在语言感知方面的障碍中提供一个统一的解释,甚至为临床神经科学家提供了一套关于感觉处理相关的其他神经障碍的新假说。

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