本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
每隔幾十年，就會出現一項重大的神經科學發現，從而改變一切。我不是在說你常見的普通發現。這些發現經常發生（畢竟現在是神經科學的黃金時代）。不，我指的是那些讓人驚歎、恍然大悟、需要重寫教科書、改變遊戲規則的發現。好吧，上個月有兩家獨立實驗室同時報告了一項發現，它重新定義了大腦皮層中視覺系統的主要組織原則。這聽起來可能很專業，但它關係到我們如何看待光明與黑暗以及對比度的感知。由於所有感覺都依賴於對比度，這些新發現影響了整個神經科學和心理學。我將在下面解釋一下。
過去關於視覺皮層是如何佈線的觀點是圍繞視覺邊緣方向的概念展開的。大衛·休伯爾（我的老導師）和托爾斯滕·威塞爾（我現在的布魯克林鄰居）——他們在1981年分享了諾貝爾生理學或醫學獎——可以說是在皮層中的資訊組織方式與視覺處理的早期階段方面取得了第一個重大突破。在他們發現之前，人們認為視網膜（和整個視覺系統）是一種神經照相機，將影像傳遞到大腦中。視神經將眼睛的視網膜連線到大腦中心的丘腦——然後丘腦透過被稱為視輻射的神經資訊高速公路連線到大腦後部的視覺皮層。科學家們甚至在那時就知道，視覺場景中給定點的神經元在物理上與看到視覺場景相鄰部分的神經元相鄰。在初級視覺皮層中發現這種所謂的視網膜地形圖（由塔爾博特和馬歇爾發現）當然很重要，但因為它與視網膜和丘腦的視網膜地形圖相匹配，所以它不構成一種新的思維方式。這不是一個改變遊戲規則的發現。
休伯爾和威塞爾發現，皮層所做的事情與視網膜和丘腦根本不同。皮層解釋了資訊的含義，而不僅僅是繼續將影像從一個級別傳遞到另一個級別。它將影像分解為對物體識別和生存至關重要的特徵。他們驚人研究之旅的第一步是發現初級視覺皮層中的神經元不僅具有視網膜地形性，而且還具有方向特異性——它們偏好視覺場景中特定的邊緣傾斜。這表明大腦的皮層——大腦中與高等哺乳動物尤其是人類智力關係最密切的部分——可以分析視覺場景並從眼睛傳輸的影像中提取特定特徵。這引發了一場腦科學革命——持續了幾十年，並激勵了成千上萬像我這樣的年輕科學家——去搜索皮層的其他部分，以確定不同區域如何處理感覺和認知特徵。此後發生了很多其他事情，但在我看來，沒有什麼能像現在這樣改變我們看待皮層組織原則的方式。直到現在。
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現在，兩個獨立的實驗室，分別是紐約州立大學驗光學院的何塞·曼努埃爾·阿隆索實驗室*和馬克斯·普朗克佛羅里達神經科學研究所的大衛·菲茨帕特里克實驗室，他們取得了一項我認為與休伯爾和威塞爾的根本發現同等重要的發現。他們發現，在皮層中處理明暗視覺特徵的方式從根本上決定了邊緣方向選擇性的產生方式。他們本質上表明，休伯爾和威塞爾關於方向調諧的發現並不是皮層的主要工作。相反，皮層的主要組織原則是建立一個巨大的交換機，在視覺場景的每個位置都使明暗相互對抗。從這個新的組織原則出發，一切都隨之而來：包括方向選擇性和運動方向選擇性。這一切都可以透過視網膜最終如何與皮層連線來預測。哇。其他感覺系統也可能以類似的方式連線，從而使聲音、觸覺、味覺和嗅覺的對比特徵也透過其基本屬性的對抗性推拉來組織。對嗎？我不知道：沒人知道。但現在我們有了一個新的概念之錘，可以用來找出答案。這是大腦繪圖的激動人心的時刻，你可以肯定的是，我的同事們正排隊開始敲釘子。
閱讀文章：
https://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature17936.html
https://www.nature.com/nature/journal/v533/n7601/full/nature17941.html
*完全披露：我是紐約州立大學下州醫學中心的一名教授——該機構是同一州立大學系統內的另一個機構。