本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
今天在“星期一寵物”欄目中，我們將回顧經典，談談視覺。
視覺可以說是我們（有意地）利用最多的感覺系統，因此弄清楚它是如何運作的非常重要。而這正是 大衛·休伯爾 和 託斯滕·維厄瑟爾 從 20 世紀 50 年代後期開始著手調查的。最終，他們的工作為他們贏得了 1981 年的諾貝爾生理學或醫學獎。
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基本上，他們抓了一堆貓，給它們麻醉，然後在螢幕上向它們展示光線模式。與此同時，一些微電極被放置在貓視覺皮層中各個精確確定的位置，他們記錄了電活動。
我發誓，這些可惡的貓是罪有應得。（但說真的，動物研究很重要，並且只有在沒有其他合理替代方案時才應使用。）
您可能會問一個問題：您如何知道單個花瓣在哪裡結束，下一個花瓣在哪裡開始？您如何知道花朵在哪裡結束，蜜蜂在哪裡開始？這是一個價值 64000 美元的問題，不是嗎？太靠近花朵可能會被蜇傷。花朵的美麗，即使是短暫的，也值得被蜇傷帶來的痛苦嗎？如果玫瑰不叫玫瑰，還會一樣香甜嗎？
但我要離題了。我們來這裡是為了談論科學，我們將繼續談論。
更普遍地說，您可能會問如何在視覺場景中檢測任何邊緣。正如您可能想象的那樣，這是一個不平凡的問題 - 任何型別的物體識別的第一步都是檢測物體在場景中開始和結束的位置。如果沒有物體識別……好吧，生活會糟透了。非常糟糕。
在休伯爾和維厄瑟爾開始他們的工作時，人們已經知道視覺皮層是視網膜拓撲組織的，這意味著每個視網膜細胞都投射到視覺皮層中其自身的對應神經元。因此，如果將光點投射到視網膜上，使用帶有微電極的單細胞記錄，就可以定位到對來自視覺場中特定位置的刺激做出反應的皮層神經元。
人們還進一步瞭解到，視覺感受野分為興奮性“開”視野和抑制性“關”視野，這些視野呈同心圓狀排列，中心為“開”區，周圍為“關”區，反之亦然。如果“開”區域受到光刺激，這些神經元就會放電。如果“關”區域暴露在光線下，這些神經元的放電就會受到抑制。
因此，您取一堆中心-周圍細胞 - 假設這些細胞具有“開”中心和“關”周圍 - 並將它們排列成一行。現在，如果您將光線投射到視網膜上，光線只與其中一箇中心-周圍細胞相交，那麼單個細胞可能會放電，但這不會給您任何邊緣資訊。但是，如果旋轉光線，使視網膜輸入與整行中心-周圍細胞重合，那麼您將刺激整行細胞的“開”中心。並且由於這些細胞是視網膜拓撲組織的，您知道刺激每個細胞的單個“點”光實際上是排列成一條線的。
最終，休伯爾和維厄瑟爾發現，某些細胞或細胞柱對線條（即邊緣）敏感，但僅對某些方向敏感。他們發現，某些細胞對特定方向的線條敏感，但僅當它們在視覺場中朝特定方向移動時才敏感。
有時，一段影片比任何文字或圖片都更能說明問題。
影片很長，但完全值得一看。觀看光線如何在視覺場的某些部分移動，並聆聽。您聽到的咔噠聲是貓視覺皮層中神經元電放電的音訊表示（儘管像任何 YouTube 影片一樣，音訊和影片有時會略微不同步）。請注意，某些細胞僅在“開”中心受到刺激時才會放電，但如果您同時刺激“開”中心和“關”周圍，它們會相互抵消。請注意他們如何繪製各種邊緣檢測器的方向圖，以及某些細胞如何對邊緣在視覺場中移動的運動敏感。這是休伯爾和維厄瑟爾實驗室的實際影片。
如果您想獲得諾貝爾獎，這就是方法。進行研究，研究成果可以用影片清晰地傳達，而無需任何文字。
Hubel DH, & Wiesel TN (2009)。《生理學雜誌》(1959) 148, 574-591 的再版：貓紋狀皮層中單個神經元的感受野。1959。生理學雜誌，587 (Pt 12), 2721-32 PMID: 19525558