我们日常生活中常常会遇到物体从视野一侧移动到另一侧的情况，比如飞过天空的鸟儿或驶过的自行车。虽然大脑将视觉处理分配给两个半球——左侧视野由右半球处理，右侧视野由左半球处理——但我们的体验却是无缝统一的。麻省理工学院皮考尔学习与记忆研究所的最新研究揭示了这一过程的神经机制。
视觉感知的统一性
"对一些人来说，听说两个半球之间存在某种独立性可能会感到惊讶，因为这并不完全符合我们感知现实的方式，"皮考尔研究所教授、MIT脑与认知科学系的Earl K. Miller表示。"在我们的意识中，一切似乎都是统一的。"
Miller和其他研究人员发现，分别处理大脑两侧的视觉信息具有多种优势，包括能够同时跟踪更多事物。然而，神经科学家一直渴望全面理解感知最终如何表现得如此统一。
接力赛般的神经传递
由皮考尔研究员Matthew Broschard和研究科学家Jefferson Roy领导的研究团队测量了动物在跟踪跨越视野的物体时的大脑神经活动。结果表明，在物体跨越视野中线之前，不同频率的脑波对信息进行编码并从一个半球传递到另一个半球，然后在跨越完成后，两个半球都继续持有物体的表征。这一过程类似于接力赛运动员传递接力棒、儿童在单杠间摆动以及手机乘客在列车行驶过程中将通话从一个基站转移到另一个基站。在这所有情况下，两个基站或双手都主动持有正在传递的内容，直到确认交接完成。
研究方法与发现
这项发表在9月19日《神经科学杂志》上的研究，研究人员测量了单个神经元的电发放以及由许多神经元协调活动产生的各种频率的脑波。他们研究了两个半球的背外侧和腹外侧前额叶皮层，这些区域与大脑执行功能相关。
每个半球脑波频率的功率波动清楚地表明，每当目标物体穿过视野中央时，受试者大脑如何将信息从"发送"半球转移到"接收"半球。在实验中，目标物体伴随着屏幕另一侧的干扰物体，以确认受试者是有意识地关注目标物体的运动，而不是 indiscriminately 地扫视屏幕上出现的任何内容。
脑波频率的变化模式
- 伽马波(γ)：编码感官信息的高频波，当受试者首次观看屏幕和两个物体出现时，在两个半球中都达到峰值。当颜色变化指示哪个物体是目标跟踪对象时，伽马增加仅在"发送"半球（与目标物体相对的一侧）明显。
- 贝塔波(β)：调节伽马波活动时机的较低频波，其功率变化与伽马波呈反比。这些感官编码动力学在腹外侧位置比背外侧位置更强。
- 阿尔法波(α)：在目标物体穿过视野中线前约四分之一秒，两个半球的阿尔法波增强，然后在物体穿过之后达到峰值。
- 西塔波(θ)：在交接完成后，仅在"接收"半球达到峰值。
神经元活动的转移
与脑波峰值模式相伴的是神经元放电数据，显示了大脑对目标位置表征的转移。通过解码软件（解释放电代表什么信息），研究人员可以看到当目标物体首次通过颜色变化被提示时，其表征出现在发送半球的腹外侧位置。然后，当目标物体接近视野中央时，接收半球加入发送半球，共同表征该物体，使它们在传递过程中都编码了信息。
主动的信息传递机制
综合结果表明，在发送半球最初通过腹外侧的贝塔和伽马波相互作用编码目标后，背外侧阿尔法波的增强导致接收半球通过镜像发送半球的目标信息编码来预期交接。阿尔法波在目标穿过视野中线后立即达到峰值，当交接完成时，西塔波在接收半球达到峰值，仿佛在说"我接到了"。
在目标从未穿过视野中线试验中，这些交接动力学在测量中并不明显。
研究意义与潜在应用
研究表明，大脑并非简单地在一个半球中跟踪物体，然后当它们进入另一个半球的视野时才重新拾取它们。
"这些结果表明存在主动的机制来在脑半球之间传递信息，"作者写道。"大脑似乎预期了这种传递并确认其完成。"
他们还指出，基于其他研究，在某些神经系统疾病中，包括精神分裂症、自闭症、抑郁症、阅读障碍和多发性硬化症，这种半球间协调系统有时似乎会出现功能障碍。这项新研究可能为成功协调所需的特定动力学提供见解。
未来研究方向
这一发现为理解大脑如何实现感知统一性提供了重要线索，也为研究某些神经系统疾病的神经基础开辟了新途径。未来的研究可以进一步探索：
- 这种交接机制在不同感官通道（如听觉、触觉）中是否也存在
- 大脑发育过程中这种交接机制如何形成和成熟
- 通过神经调控技术增强或修复这种交接机制的可能性
- 这种机制与高级认知功能（如注意力、决策）的关系
结语
大脑半球间的接力传递机制是认知神经科学领域的重要发现，它揭示了大脑如何通过精密的神经编码和传递过程，实现视觉感知的统一性和连续性。这一发现不仅增进了我们对大脑工作原理的理解，也为开发针对神经系统疾病的新治疗方法提供了理论基础。随着研究技术的进步，我们有望更深入地探索大脑这一精妙的信息处理系统，为人类认知奥秘的解开贡献更多力量。
