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近期关于视觉神经科学的研究深入探讨了大脑视觉皮层中不同区域如何协同工作，共同编码和处理我们所看到的视觉信息。这些研究不仅揭示了视觉处理的复杂性，也为我们理解感知和认知提供了更深层的见解。

核心研究发现：形状与表面特性联合编码

一项关键研究发现，在中级腹侧视觉皮层中，物体形状和表面特性（如纹理和颜色）是共同编码的。这意味着大脑处理视觉信息时，并非将形状和纹理等属性分别处理，而是以一种整合的方式进行。这种联合编码方式对于在自然场景中将物体从背景中分离出来，以及实现独立于表面纹理的物体识别具有重要优势。

具体来说，在灵长类动物的视觉系统中，从初级视觉皮层（V1）到V2、V4以及颞下皮层（IT cortex）的腹侧视觉通路，是物体识别信息处理的基础。

• V1区负责处理局部方向和空间频率等基本视觉信息。

• V2和V4区则对更复杂的刺激属性表现出选择性响应。例如，V4区的神经元可以同时对形状边界及其相关的表面进行调谐，这意味着它们能够同时编码形状和纹理/颜色信息。

这种联合编码的机制，使得大脑能够更有效地进行物体分割和识别，即使物体具有不同的表面纹理，也能被准确地识别出来。

视觉皮层的分层与功能：

视觉信息在进入大脑后，会经历一个复杂且多层次的处理过程：

• 初级视觉皮层 (V1 / 纹状皮层)： 位于枕叶，是所有视觉信息到达大脑皮层的最初接收区域。它负责初步的视觉处理，包括对线条、边缘、方向、空间频率和颜色等基本特征的分析，并具有精确的视网膜拓扑映射（retinotopic map），将视网膜上的空间信息精确地映射到皮层上。V1区受损会导致对侧视野的盲点。

• 腹侧通路（“What Pathway”）： 始于V1，经过V2、V4，最终到达下颞叶皮层。这条通路主要与物体识别、形状识别、颜色处理和长期记忆存储相关。它帮助我们识别“看到了什么”。例如，V8区与颜色感知有关，而梭状回面部区域（FFA）则与面部识别和专家级别的物体识别有关。

• 背侧通路（“Where Pathway”或“How Pathway”）： 同样始于V1，经过V2，然后通向顶叶皮层。这条通路主要与运动感知、物体位置的表征以及眼睛和手臂的控制有关，尤其是在视觉信息指导眼跳或抓取动作时。它帮助我们了解“物体在哪里”或“如何与物体互动”。

这些不同的区域并非孤立工作，而是通过复杂的神经连接共同处理视觉信息。例如，大脑皮层几乎整个尾部一半都致力于处理视觉信息，这表明视觉处理是一个高度整合和分布式的过程。

这项研究强调了视觉皮层在编码视觉属性时的复杂性和效率，为我们进一步理解大脑如何构建对世界的感知提供了重要线索。

延伸阅读：

• 神经科学与计算机视觉： 了解这些关于视觉皮层如何处理信息的研究，对开发更先进的人工智能视觉系统有何启示。例如，深度学习中的卷积神经网络（CNN）在某种程度上模拟了视觉皮层的分层处理机制。

• 视觉错觉与大脑感知： 为什么我们会看到视觉错觉？这与大脑如何解释和整合视觉信息有关。了解视觉皮层的处理机制可以帮助我们理解这些有趣的现象。

• 视觉障碍与康复： 针对不同视觉皮层区域的功能理解，如何为中风、创伤或其他神经疾病导致的视觉损伤提供新的康复策略。

您可以查阅以下链接获取更多相关信息：

• Object shape and surface properties are jointly encoded in mid-level ventral visual cortex - PubMed Central

• Visual cortex - Wikipedia

• Visual Processing: Cortical Pathways (Section 2, Chapter 15) Neuroscience Online - Department of Neurobiology & Anatomy