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科学家绘制多维脑地图 揭示大脑如何组织图像(2012-12-26 10:47:16)

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美国加州大学伯克利分校的科学家利用功能性磁共振成像技术扫描患者大脑,揭示大脑如何处理不同种类的视觉信息以及哪些大脑区域负责处理(右)。利用研究获取的数据,他们绘制了一幅3D“大脑地图”(左)。

大脑的语义地图,展示了不同的大脑区域如何处理不同种类的信息。

根据大脑扫描获取的数据绘制的图像,不同颜色对应不同类别的物体。研究发现激活同一大脑区域的物体类别拥有类似的颜色,人类为绿色,动物为黄色,车辆为粉红色和紫罗兰色,建筑为蓝色。

英国媒体报道,借助立基于大脑成像数据的电脑模型,美国加州大学伯克利分校的科学家绘制出惊人的人类“大脑地图”,揭示大脑如何组织我们每天看到的大量图像。科学家发现大脑能够将我们看到的不同物体和活动进行有序排列并且效率极高。据悉,绘制这样的大脑地图还是第一次。

科学家将这种大脑地图称之为“一个连续的语义空间”。研究中,加州大学伯克利分校的科学家要求参与者观看两小时视频,利用功能性磁共振成像技术获取他们的大脑皮层成像数据而后对这些数据进行分析,了解哪些大脑区域负责处理我们在日常生活中看到的物体并按照它们的类别进行组织。研究人员发现一些类别之间存在有意义的联系,例如拥有相同“邻域语义”的人类和动物,其他则还没有太大意义,例如走廊和桶之间。不过,不同的人拥有一个类似的“语义布局”。

功能性磁共振成像负责记录参与者的大脑活动,研究人员对获取的数据进行分析,寻找数据之间的关联性同时创建一个电脑模型,展示大脑皮层的3万个细分区域如何对视频中展示的1700多种物体和行为作出反应。随后,他们利用主成份分析法寻找所有参与者共有的“语义空间”,最后绘制出彩色多维地图,展示1700多种视觉信息和它们之间的关系。

地图中,激活同一大脑区域的物体类别拥有类似的颜色,人类为绿色,动物为黄色,车辆为粉红色和紫罗兰色,建筑为蓝色。研究论文主执笔人亚历山大·胡斯表示:“我们采用的方法有助于进行更完整更细致的大脑活动分析,了解背后的机制。”

根据胡斯等人的研究发现,大脑只需动用一个很小的区域就能确定物体类别的多样性,而不是像此前研究所认为的那样,一个特定的区域对应一个类别。研究人员指出大脑根据不同类别之间的关系进行组织。胡斯表示:“人类的大脑能够识别数千种不同类别的物体。鉴于人类大脑的体积有限,一个特定的大脑区域对应一个类别显然是不可能的。”

进一步了解大脑如何组织视觉信息有助于帮助确诊和治疗一系列脑部病变。此外,胡斯等人的研究发现也可用于研发大脑-机器界面,尤其是面部以及其他图像识别系统。研究论文刊登在《神经元》杂志上。

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