眼见≠真实？Science新发现：看见与想象，共用同一套视觉编码

单神经元记录：人在感知和想象物体时共用同一套视觉编码  闭上眼在脑海中描绘一个苹果时，大脑是重新调用了当初看到苹果时的那一批特定单神经元，还是仅仅激活了附近的其他脑区？发表在《Science》上的一项研究通过数据给出了答案：人在视觉想象时，确实会重新激活感知该物体时使用的那一批神经元。 

早期的功能性磁共振成像（fMRI）研究发现，想象某个事物会激活相应的视觉皮层。但由于空间分辨率的限制，学界一直不清楚这种激活是精确到了同一批单神经元层面，还是同一区域内不同神经元回路的粗略响应。这项研究记录了人类腹侧颞叶皮层（VTC，大脑中负责表征视觉物体的区域）单个神经元的活动，试图弄清视觉想象的生理机制。

研究人员记录了16名植入颅内电极的癫痫患者的VTC神经元活动。实验分两个阶段：第一步是视觉筛选，让患者观看500张不同类别的图片，考察神经元对视觉刺激的响应规律；第二步是线索想象，患者先观看特定图片，随后闭眼根据提示在脑海中回想这些画面。

为了量化视觉特征，研究人员利用深度神经网络（AlexNet的fc6层）将这500张图片转化为了一个50维的特征空间（可以理解为给每张图在50个不同的特征维度上打分）。数据表明，VTC神经元在表征视觉物体时，采用的是一种“轴编码”（axis code）。在特征空间中，每个神经元都有一个特定的“偏好轴”。你可以把它想象成一根针对特定特征组合的标尺，输入图像在这个轴上的投影值越大（即特征越符合），神经元的放电频率就越高。

利用这种编码规律，研究人员成功从神经活动中重建了患者看到的图像。他们甚至运用生成对抗网络（GAN）在特征空间中反向合成，生成了能让特定神经元产生最大放电响应的“超级刺激”。 

在随后的想象任务中，大约40%表现出轴调谐特性的神经元被重新激活。数据证实，这种激活遵循着视觉感知阶段的同一套代码。神经元在想象期间的放电活动，依然与该物体在偏好轴上的投影值成正比，而在正交轴（与偏好特征无关的维度）上没有相关性。 

既然感知和想象的代码是共享的，研究人员尝试用患者感知图片时训练的线性解码器，去跨条件解码想象期间的神经数据。结果不仅能以高于几率的准确率分辨出患者在想象什么，还能把他们想象的画面进行初步的图像重建。

既然感知和想象使用同一套单神经元代码，大脑会不会混淆现实和想象？数据给出了否定的答案。研究发现，尽管单细胞层面的编码机制相同，但通过分析神经元群体的活动，只需要大约100个神经元的数据，解码器就能轻易分辨出患者当前是在看真实图像还是在闭眼想象。这种群体水平上的差异，使大脑得以明确区分现实信号和内部生成的画面。 

这项研究为人类大脑中存在“生成模型”（generative model）提供了单神经元层面的证据。它表明自上而下的想象过程可以调用感觉皮层，重新合成详细的感官内容。数据显示这种重构更偏向于视觉特征的复现，而不是纯语义层面的激活（例如不止于想到“苹果”这个词，而是真正调动了对苹果视觉特征的神经表征）。 

这项工作也有留待探索的地方。实验中参与测试的患者视觉想象生动度得分都较高，目前的结论能在多大程度上适用于患有心盲症（aphantasia，即无法在脑海中产生视觉画面）的人群，还有待数据验证。另外，想象时驱动VTC神经元重新激活的自上而下信号源自何处，是海马体还是前额叶皮层，也需后续研究解答。

原文信息：A shared code for perceiving and imagining objects in human ventral temporal cortex DOI：10.1126/science.adt8343