当我们观察一辆自行车或一只鸟从视野中飞过时，我们体验到的视觉过程是无缝统一的。然而，麻省理工学院皮考尔学习和记忆研究所的最新研究表明，大脑实际上是将视觉处理工作分配给两个半球完成的——左侧视野由右半球处理，右侧视野由左半球处理。那么，大脑是如何实现这种看似矛盾却又无缝的视觉体验的呢？
视觉处理的双半球分工
"对一些人来说，听到两个半球之间存在某种独立性可能会感到惊讶，因为这并不真正符合我们如何感知现实，"皮考尔研究所教授、麻省理工学院脑与认知科学系的Earl K. Miller解释道。"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，在脑两侧分别处理视觉信息有其优势，包括能够同时跟踪更多事物。然而，神经科学家一直渴望完全理解感知最终为何表现得如此统一。
接力赛式的信息传递
这项由皮考尔研究所Matthew Broschard研究员和Jefferson Roy研究科学家领导的研究，测量了动物在跟踪跨越视野的物体时大脑中的神经活动。研究结果揭示，不同频率的脑波在物体跨越视野前编码并传递信息，然后在跨越完成后继续在两个半球中保留物体表征。这一过程类似于接力赛选手交接接力棒、儿童从一个单杠摆荡到另一个单杠，以及手机信号塔在乘客穿越其区域时交接通话的方式。在所有这些情况下，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。
研究方法与技术
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脉冲活动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。
在实验中，目标物体伴随着屏幕另一侧的干扰物体出现，以确保受试者有意识地关注目标物体的运动，而不仅仅是随意扫视屏幕上出现的内容。
脑波频率的动态变化
每个半球中脑波频率的能量波动清楚地说明了当目标物体跨越视野中线时，受试者大脑如何将信息从"发送"半球传递到"接收"半球。
最高频率的"伽马"波编码感官信息，当受试者首先看屏幕以及两个物体出现时，在两个半球中都达到峰值。当颜色变化指示哪个物体是需要跟踪的目标时，伽马增加仅在"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，频率稍低的"贝塔"波（调节伽马波何时活跃）的功率与伽马波呈反比变化。这些感官编码动力学在腹外侧位置比背外侧位置更强。
与此同时，两个不同频段的低频波在背外侧位置与实现交接的关键时刻显示出更强的功率。在目标物体跨越视野中线前约四分之一秒，"阿尔法"波在两个半球中增强，然后在物体跨越后达到峰值。与此同时，"西塔"频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。
神经元活动的轨迹
与波峰模式相伴的是神经元脉冲数据，显示了大脑对目标位置表征的传递过程。研究人员使用解码软件来解释脉冲代表的信息，他们可以看到当目标首先通过颜色变化被提示时，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，当目标接近视野中线时，接收半球加入发送半球，共同表征该物体，以便在传递过程中两者都编码信息。
大脑的主动交接机制
综合结果表明，在发送半球最初用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线后达到峰值，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线的试验中，这些交接动力学在测量中并不明显。
研究意义与启示
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的视野时重新获取它们。
"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。"大脑似乎预期着传递并确认其完成。"
但他们也指出，基于其他研究，半球间协调系统在某些神经系统疾病中有时似乎会崩溃，包括精神分裂症、自闭症、抑郁症、阅读障碍和多发性硬化症。这项新研究可能为理解该系统成功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整合来自两个半球的视觉信息提供了新的框架。未来的研究可能会探索这种交接机制如何发展，以及它如何受到年龄、训练或神经发育状况的影响。
此外，研究人员可能希望探索这种交接机制是否也适用于其他感官模式，如听觉或触觉，以及它是否在更高层次的认知功能中发挥作用。
临床应用潜力
更好地理解这种半球间交接机制可能为开发针对神经系统疾病的新疗法铺平道路。通过识别交接过程中的特定缺陷，研究人员可能能够设计干预措施来改善这些功能，从而可能改善精神分裂症、自闭症等疾病患者的症状。
结论
MIT的这项研究揭示了大脑如何通过主动的、协调的机制在两个半球之间传递视觉信息，实现看似无缝的视觉体验。这种接力赛式的信息传递不仅展示了大脑的复杂性和效率，也为理解大脑功能和开发潜在治疗方法提供了新的视角。随着对这一机制的进一步研究，我们可能会更深入地了解大脑如何创造我们体验到的统一、连贯的现实世界。
