大脑中的视觉加工

   大脑不是摄像机或照相机，它无法直接获得视物的完整信息。视觉在大脑中加工过程主要包括：拆解、激活、拼装。我们所看到的任何视物都不是其原型，视物首先被拆解为由神经元标记的视觉组件，包括色彩、线条、形状、视角、速度等。其次，标记视觉组件的神经元被能量激活。接下来，被能量激活同时又标记着视觉组件的神经元产生神经链接，进行组件的拼装，形成完整的视物。

    一、视物的拆解

视物的拆解由视觉分解器——角回负责。它将来自感官的视觉信号分类、分解，进行微粒化处理。

视觉分辨器由密集的多根神经纤维组成，而每根神经纤维只能把一个特定的视觉元素传输给指定的视觉神经元，这样就实现了视觉的完全分解。如图所示。

 

 

 

角回位于大脑顶-枕叶交界处、威尔尼克区上方。如果角回发生障碍，则损害人的视觉分辨能力。在阅读语言研究中发现：

当角回受损伤时，病人能说话，对口语也能理解；病人能够看到字形，却不能理解字词的含义，从而产生阅读障碍，病人看不懂书面言语，但能理解别人的话语，称为视觉性失语症。

这是由于视觉分解器的功能缺陷，不能将全部无缺的、清晰的视觉元素传导到视觉脑细胞，使这些脑细胞不能经整合再造完整的文字图形，更无法构建完整的文字意义。

在这里，文字只是一类图形，当它们不能被拆解为视觉组件时，后续的视觉加工则无法进行。

视觉的拆解有两种功能：

其一、在人类的婴儿期，被拆解的视觉组件存储在先天空白的神经元中，成为建构各种视觉意象的基本元素或构件。

先天的盲人由于大脑中没有这些原始视觉构件，永远都无法理解色彩、图形是什么。

其二、过了婴儿期，视皮层中的神经元已经全部被占用，视觉的拆解主要起到对存储特定视觉信息的神经元的定位激活作用。

二、视神经元的激活

    神经科学家已经发现视觉传入的两条通路，只是还不清楚它们的用途。我把它们分别命名为：信号通路和能量通路。

     

 

1、信号通路

信号通路负责向大脑传递信息的内容。从特定感受器——如眼睛传入的神经兴奋，不经过网状结构，沿脊髓上行，到达相应的专门化部位——如枕叶。在那里经视觉分解器，进行分类、分解处理后传给视皮层的神经元。在这里，信号传入的主要作用是引导能力对神经元的定位激活。

2、能量通路

如果脑中只有信号传入，没有能量传入，那么信息不会发生神经运作。能量通路负责向大脑神经元输送对传人信息进行链接操作的能量。从同一感受器传入的神经兴奋，经过网状结构到达丘脑，激活丘脑向大脑皮层输送能量，为信息的神经运作提供动力。

能量通路输送能量的多少取决于刺激的强度，当刺激强烈时，能量通路输送更多的能量，引起更大幅度的神经动作，产生更强烈的感觉响应和思维加工；反之，当刺激较弱时，能量通路输送更少的能量，引起更小幅度的神经动作，产生更较弱的感觉响应。所以，能量通路也反映刺激传入的强度参数。

例如，将视觉皮层切除后，猫科动物不能辨别方形与圆形，却能辨别明与暗。因为明与暗反映光线的刺激强度，关联到丘脑被激发出来的脑能量的多少，以及感觉神经元的兴奋程度。

    必须说明的是，在没有现实视物直接刺激的情况下，存储于神经元中视觉构件也可以被能量激活，并产生视觉的加工，由此形成视幻觉，如梦中的各种场景。

     三、视觉的加工

     被定位激活即获得能力的神经元按特定的编码关系产生神经链接，建构视觉意象。神经链接完成后，又产生神经放电，吐出能量。

例如，一系列具有不同倾角的斜线是由一个标记直线的神经元与一组标记不同视角的神经元分别链接建构的。每完成一次链接就会产生一次放电。

 

 图12. 初级视皮层上的一个神经细胞对接受视野里出现的特殊走向的直线产生的反应。右边表示用微电极记录的该细胞放电的程度（图片引自参考文献[1]）

    原来供职于约翰•霍普金斯大学，后在美国哈佛大学工作的David Hubel（1926-）是专门研究视觉的神经科学家，1981年他因为发现了“中枢视觉通路中的细胞的感受野特性”荣获诺贝尔生理学或医学奖。

上世纪后期发展起来的“感觉生理学”提出了一个“感受区”的概念：原本是指身体表面的某一个部位，以适当的方式刺激这个部位，就会引起某些脑细胞的反应，使某些脑细胞的放电频率增加或减少。对视觉细胞来说，感受区就是视觉区的一部分。在实验中，David Hubel与Torsten Wiesel发现，在大脑的初级视皮层上的有一群神经细胞都会对感受区里出现的特殊走向直线（无论直线是水平的、垂直的还是倾斜的）或者拐角产生放电反应。放电的强弱则取决于直线的走向。 

   如图12所示：初级视皮层上的一个神经细胞对接受视野里出现的特殊走向的直线产生的反应。右边表示用微电极记录的该细胞放电的程度。从图中可知，从自上而下数第4个图表示的一条斜线，也就是它的方向是与时钟的10点到4点的方向一致的那一条斜线放电最激烈。

四、视觉艺术

    抽象画的崛起使绘画艺术走出了“复制真实”的桎梏，回归了艺术抒发情感、交流思想的本职。正如艺术史家阿罗利纳说：“如果要创造全新的绘画效果，不能从可见的真实世界中寻找素材，艺术家必须通过本能和直觉寻找灵感。”

在这里，我要讨论的是抽象画为什么会给人带来美感或快感？

由于抽象画省略了视物中的诸多元素而显得朦胧，为了探求其本质，大脑在对其深加工时，就会调动成千上万的存储各种视觉构件的神经元去进一步建构视物。

一方面，由于参与的视觉构件及演化路径不同，形成不同形式的视觉意象，由此产生趣味和美感；另一方面，由于参与的神经元巨多，累积的能量巨大，在视觉意象建构完成后，放电效应也极其强烈，由此带来压力释放后的情绪和感觉体验上的轻松感或快感。

也许，艺术的魅力正在于此。