近日，美國喬治亞理工學(xué)院（Georgia Tech）的一支多學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，側(cè)向抑制（lateral inhibition） 在大腦處理視覺信息方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。這一發(fā)現(xiàn)不僅加深了我們對(duì)感官知覺的理解，還可能為神經(jīng)醫(yī)學(xué)和人工智能（AI）的發(fā)展提供新的思路。該研究成果已發(fā)表在《Nature Neuroscience》 期刊上。

側(cè)向抑制如何增強(qiáng)視覺對(duì)比度？

側(cè)向抑制 指的是某些神經(jīng)元通過抑制周圍神經(jīng)元的活動(dòng)，從而增強(qiáng)視覺對(duì)比度的現(xiàn)象。這類似于藝術(shù)家在繪畫時(shí)加深輪廓線條，使物體邊界更加清晰。在視覺系統(tǒng)中，這種機(jī)制幫助我們突出關(guān)鍵的信息，同時(shí)抑制背景中不相關(guān)的視覺刺激。

“我們的研究揭示了視覺系統(tǒng)如何不僅突出重要信息，還會(huì)主動(dòng)抑制無關(guān)信息?！毖芯控?fù)責(zé)人、華萊士·H·庫爾特生物醫(yī)學(xué)工程系（Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering）副教授比拉爾·海德爾（Bilal Haider） 說道，“這種過濾干擾的能力對(duì)于專注力至關(guān)重要?！?/p>

這一發(fā)現(xiàn)可能有助于解釋自閉癥（autism）或注意力缺陷多動(dòng)障礙（ADHD） 患者為何在篩選無關(guān)信息或集中注意力方面存在困難。

AI的靈感來源：大腦如何賦予神經(jīng)元不同的計(jì)算角色？

海德爾指出，該研究的發(fā)現(xiàn)或許還能影響人工智能（AI）和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。“目前的AI系統(tǒng)往往把所有計(jì)算單元視為相同，但大腦已經(jīng)找到了賦予不同神經(jīng)元不同計(jì)算功能的方法?！?/p>

研究團(tuán)隊(duì)成員、論文第一作者約瑟夫·德爾羅薩里奧（Joseph Del Rosario） 以及佐治亞理工學(xué)院數(shù)學(xué)學(xué)院（School of Mathematics）助理教授漢娜·崔（Hannah Choi） 及其數(shù)學(xué)神經(jīng)科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)（Research Group in Mathematical Neuroscience），共同開發(fā)了計(jì)算模型來驗(yàn)證這些生物學(xué)發(fā)現(xiàn)。

“與數(shù)學(xué)家合作，探索這些抑制機(jī)制背后的計(jì)算原理，是神經(jīng)科學(xué)如何反哺AI 的一個(gè)絕佳例子?！焙５聽柋硎?。

研究聚焦：PV神經(jīng)元與SST神經(jīng)元的不同作用

研究人員專注于視覺皮層中的兩類抑制性神經(jīng)元：

• PV（parvalbumin）神經(jīng)元
• SST（somatostatin）神經(jīng)元

他們利用光遺傳學(xué)（optogenetics） 技術(shù)（即利用光來控制細(xì)胞活動(dòng)），激活了小鼠視覺皮層中的這兩類神經(jīng)元，并觀察到了驚人的結(jié)果。

PV神經(jīng)元 的激活會(huì)整體降低視覺對(duì)比度敏感性，類似于降低計(jì)算機(jī)屏幕的亮度。而SST神經(jīng)元 的激活則帶來了更微妙的調(diào)整——它改變了對(duì)比度敏感性的曲線斜率，即視覺系統(tǒng)感知對(duì)比度的方式。

“簡(jiǎn)單來說，SST神經(jīng)元能夠更強(qiáng)烈地精細(xì)調(diào)整我們對(duì)視覺對(duì)比度的感知，減少多余的信號(hào)，”海德爾解釋道，“這就是側(cè)向抑制的作用。大腦通過精密的神經(jīng)連接，讓這些抑制性神經(jīng)元像‘剎車’一樣發(fā)揮作用，與‘加速器’同樣重要。”

影響遠(yuǎn)不止視覺，或可應(yīng)用于聽覺、觸覺乃至醫(yī)學(xué)治療

研究人員指出，側(cè)向抑制的作用不僅局限于視覺系統(tǒng)，還可能在聽覺、觸覺等感官處理中 扮演類似的角色。未來，隨著科學(xué)家對(duì)大腦篩選感官信息機(jī)制的深入理解，或許能夠開發(fā)出改善感官體驗(yàn) 的新方法。

海德爾回憶說，他在十年前 作為博士后研究員時(shí)，便萌生了這一研究想法。他相信，該研究不僅可能推動(dòng)視覺障礙的治療，還可能讓人工智能更加靈活高效。

參考文獻(xiàn)：Joseph Del Rosario et al, Lateral inhibition in V1 controls neural and perceptual contrast sensitivity,?Nature Neuroscience?(2025).?DOI: 10.1038/s41593-025-01888-4

編輯：王洪

排版：李麗