我们的大脑将视觉处理分为两个半球——左侧视野由右半球处理，右侧视野由左半球处理。然而，当我们看到自行车或鸟儿在视野中快速移动时，我们的体验却是无缝的。麻省理工学院Picower学习与记忆研究所的神经科学家们的一项新研究揭示了大脑如何处理这种过渡。
视觉处理的半球分工
"有些人可能会惊讶地听说两个半球之间存在一定的独立性，因为这并不真正符合我们感知现实的方式，"Picower研究所和MIT脑与认知科学系的Picower教授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，在大脑两侧分别处理视觉具有优势，包括能够同时跟踪更多事物的能力。但神经科学家一直渴望完全理解感知最终如何表现得如此统一。
研究方法与发现
由Picower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大脑中的神经活动。结果表明，不同频率的脑波在物体跨越视野前编码并传递信息，然后在跨越完成后在两个半球中继续保持物体表征。这个过程类似于接力赛选手传递接力棒、儿童从一个单杠摆到另一个单杠，以及火车乘客穿过区域时手机信号塔之间交接通话的方式。在所有情况下，两个信号塔或双手都会主动持有正在传递的内容，直到交接确认完成。
脑波频率的作用
在9月19日发表在《神经科学杂志》上的研究中，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，这些区域与大脑的执行功能相关。
每个半球脑波频率的功率波动向研究人员讲述了一个清晰的故事，说明每当目标物体跨越视野中心时，大脑如何将信息从"发送"半球转移到"接收"半球。在实验中，目标物体屏幕另一侧有一个干扰物体，以确认受试者是有意识地关注目标物体的运动，而不是随意地瞥一眼屏幕上出现的任何东西。
编码感官信息的最高频率"伽马"波在受试者第一次看屏幕和两个物体出现时在两个半球都达到峰值。当颜色变化指示哪个物体是目标跟踪对象时，伽马的增加仅在"发送"半球（与目标物体相对的一侧）明显，正如预期的那样。与此同时，调节伽马波何时活动的较低频率"贝塔"波的功率与伽马波呈反比变化。这些感觉编码动力学在腹外侧位置比背外侧位置更强。
与此同时，两个不同的较低频率波段在背外侧位置与实现交接的关键时刻显示出更大的功率。在目标物体跨越视野中心前约四分之一秒，"阿尔法"波在两个半球增强，然后在物体跨越后达到峰值。与此同时，"西塔"波段波在交接完成后仅在"接收"半球（与目标新位置相对的一侧）达到峰值。
神经元活动的动态变化
与波峰模式相伴的是神经元发放数据，显示了大脑对目标位置表征的传递过程。使用解释发放代表什么信息的解码软件，研究人员可以在第一次通过颜色变化提示目标时，看到目标表征在发送半球的腹外侧位置出现。然后，他们可以看到当目标接近视野中心时，接收半球加入发送半球，共同表征物体，以便在传递过程中两个半球都编码信息。
大脑交接的机制
综合来看，结果表明，在发送半球最初通过腹外侧贝塔和伽马波的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。阿尔法波在目标跨越视野中心后立即达到峰值，当交接完成时，西塔波在接收半球达到峰值，仿佛在说"我收到了"。
在目标从未跨越视野中心的试验中，这些交接动力学在测量中并不明显。
研究意义与未来方向
这项研究表明，大脑不仅仅是在一个半球中跟踪物体，然后在它们进入另一个半球视野时重新开始跟踪。
"这些结果表明存在主动的机制在两个大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了其完成。"
但他们也指出，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，半球间协调系统有时似乎会出现故障。这项新研究可能为理解其成功所需的特定动力学提供了见解。
除了Broschard、Roy和Miller外，论文的其他作者还有Scott Brincat和Meredith Mahnke。该研究的资金来自海军研究办公室、美国国立卫生研究院国家眼科研究所、Freedom Together基金会以及Picower学习与记忆研究所。
结论
这项研究揭示了大脑视觉处理的一个迷人机制：两个半球如何无缝协作，在物体跨越视野时交接信息处理。这种接力赛式的信息传递机制确保了我们的视觉体验的连续性，尽管实际上是由两个独立的大脑区域处理。这一发现不仅增进了我们对基本视觉处理机制的理解，还为理解某些神经系统疾病提供了新视角，这些疾病可能与半球间协调的障碍有关。
