为什么我们的心理图像即使在快速移动时仍然保持清晰？一组神经科学家在奥地利科技大学（ISTA）由马克西米连·约施教授领导，识别出一种机制，可以纠正动物运动造成的视觉扭曲。这项在小鼠中进行的研究确定了一个核心功能，可在脊椎动物视觉系统中泛化，包括人类等灵长类动物。研究结果发表在《自然神经科学》上。
尽管在最近几十年中快速发展，摄像机行业仍然在追赶人眼的能力。特别是，运动相机旨在在沉浸于动作时捕捉画面。当我们根据人眼的能力评估画质以及对高级设备和优化软件的需求时，提出了一个问题：我们的眼睛是如何做到如此出色的？
由马克西米连·约施教授领导的研究人员现在通过一项技术上的突破回答了这个问题。这三位科学家及共同第一作者托马斯·维加-祖尼加、安东·苏姆瑟和奥尔加·西蒙诺娃结合了一系列最先进的技术，识别出了小鼠大脑中的一个区域，可以预测和最小化动作如何扭曲视觉信号。这个大脑区域位于大脑深处，实际上复制了大脑的运动命令，以抑制因运动而引起的扭曲。“我们展示了图像校正在视觉处理的早期阶段发生——在信息传输到已知表示更复杂视觉特征的其他大脑区域之前，”约施表示。“因此，我们证明了哺乳动物大脑制定策略以有效地补偿运动，通过预测其对视觉的影响。”
科学家们确定了“腹外侧膝状体”（vLGN）作为负责这种内置高科技视频优化软件的大脑区域。它位于外侧丘脑，是位于大脑中央、在大脑皮层下方的一个蛋形结构。研究人员发现，vLGN集成了来自整个大脑的各种运动和感官信号，作为一个枢纽来计算一个综合的校正信号。其中一个例子是，当眼睛移动时，视觉信号的“去模糊”。这使得后续的视觉处理阶段能够以更高的效率计算。“想想在一级方程式比赛中获得良好视频画面的策略。因为赛车移动得如此之快，所以必须减少曝光时间，以使最终影像模糊度较低，”约施解释道。这种画面可以在电视上实时播放，而无需后期制作。这大约是vLGN帮助我们区分自己运动与周围世界运动所做的。然而，与静态摄像机显示赛车赛过不同，脑中的vLGN处理信号的方式类似于一级方程式“驾驶员视角”机载画面，动态地补偿运动以稳定我们所感知的内容。
先前的工作一直在寻找一种有效调节运动时视觉的机制。大部分工作集中在研究灵长类动物的扫视眼动。扫视是目光在视觉视野的一部分与另一部分之间的快速移动，这种运动理论上应该模糊或创建一个心理图像——但并不总是如此。然而，这些研究集中在视觉处理路径的较晚阶段参与的皮层结构。与此相反，我们的感觉系统不断被各种类型的运动“轰炸”。因此，越早大脑能够补偿视觉中的运动，就越好，约施解释道。“我们的发现可能直到现在都没有被观察到，因为我们一直在关注视觉处理路径中图像已经被校正的阶段。”现在，ISTA科学家假设他们在小鼠vLGN上的发现代表了哺乳动物大脑中的核心功能。“类似的结构存在于灵长类动物中，这很可能对于人类也是如此。这使我们的结果非常令人兴奋，”约施说。
在ISTA科学家使用的尖端技术中，有一台定制的双光子钙成像显微镜。这项技术使团队能够在小鼠清醒和正常行为的虚拟现实系统中，测量vLGN神经元的活动。“通过这个设置，我们可以观察小鼠的大脑，观察vLGN神经元在小鼠穿行于虚拟世界时的活动，”约施说。利用这种方法，团队发现vLGN接收非常具体的行为指令副本，可以用来在运动期间“去模糊”视觉扭曲。“这篇论文是真正的技术突破，利用多种方法全面理解vLGN在小鼠大脑中的作用，”约施说。“我们期待后续研究将带我们到哪里。”
