研究团队仅应用来自小鼠视觉皮层的活动数据，就可以或许重建小鼠此前不雅看过的视频片段，质量令人惊奇。 论文第一作者、UCL Sainsbury Wellcome 中间的乔尔·鲍尔（Joel Bauer）表示，他们欲望找到一种更通用、更真实的办法来摸索大年夜脑是若何懂得“所见”的。 现有很多办法只能针对特定前提或刺激进行揣摸，难以推广到更天然、更复杂的视觉场景，而新的方轨则测验测验直接捕获大年夜脑正在表征的内容，并将其与实际进行比较。
近年来，神经科学范畴持续存眷人类大年夜脑若何从眼睛获得的旌旗灯号中“拼接”出我们所看到的世界。 以前的研究多在功能磁共振等成像设备中向自愿者展示图像或影片，再测验测验从脑活动中解码出视觉信息，精确到单个像素。 本次工作延续了这一总体目标，但选择在小鼠身上，经由过程单细胞程度的记录来追踪视觉皮层的活动，从而获得更过细的大年夜脑视觉表征图景。
在具体技巧上，研究团队采取了一种“动态神经编码模型”。 该模型最初由另一支团队为 2023 年 Sensorium 比赛开辟，用来猜测在小鼠不雅看影片时，每个神经元的活动强度，同时推敲动物的自发活动和瞳孔直径等身分。 UCL 团队在同一数据集的基本长进一步改进模型：他们比较两类神经元活动——一类是模型猜测的小鼠在不雅看“空白屏幕”时的活动，另一类则是经由过程显微成像技巧实测到的真实活动。 这种成像办法能根据细胞内局部钙浓度变更，精确辨认哪些神经元在特准时光点被激活。
在模型运行过程中，研究人员从一段“空白片子”出发，经由过程算法赓续调剂每个像素，直到生成的视频在统计意义上与小鼠实际不雅看过的视频高度吻合。 在完成练习后，该模型可以根据小鼠在不雅看全新视频时的大年夜脑活动，重建出长度约10秒的影片片段。 值得留意的是，这些用于重建的视频并未介入模型练习，因而更能表现办法的通用性。
鲍尔指出，在参加更多单个神经元的数据后，重建视频的细节明显改良，这强调了获取更周全神经数据的重要性。 为评估重建后果，团队采取像素相干性指标，将原始影片中每一帧的每个像素与重建影片中的对应像素进行比较。 成果显示，两者在空间和时光上的差别都相对有限，解释这种基于脑活动的“片子翻译”已经可以达到相当高的精确度。
将来，研究人员筹划收集分辨率更高、覆盖范围更广的脑数据，以支撑更清楚、更宽视角的视觉场景重建。 在应用上，他们尤其欲望借助这一技巧摸索“感知与实际的误差”：也就是大年夜脑中的视觉表征为何故及若何偏离面前客不雅图像。 鲍尔指出，人类并不在大年夜脑中拥有一个完全真实的“世界复成品”，视觉信息在传递和处理过程中会被选择性放大年夜、紧缩或扭曲，这种误差不是简单的缺点，而是大年夜脑用来解释和加强感知信息的一种功能性机制。
这项小鼠视觉影片重建研究，为将来在更复杂的动物甚至人类身上开展类似工作奠定了基本。 跟着成像技巧、计算模型和数据分析办法的持续成长，科学家或许可以或许更深刻地舆解我们若何“看见”世界，也有望为视觉障碍诊疗、脑机接口以及沉浸式人工感知体系供给新的理论支撑。
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