人类外侧枕叶复合体在单神经元水平对位置和大小变换保持不变

你的大脑如何判断椅子就是椅子

无论椅子近在咫尺或远在天边，挂在墙上高处或摆在地面低处，你仍能瞬间识别它。这种日常能力对大脑来说却是个难题：进入眼睛的图像可能发生巨大变化，但你对物体的感知保持不变。本研究窥探了人类视觉关键区域的单个神经元，揭示它们如何完成这一把戏，说明我们的脑如何在世界（及视角）不断变化时维持物体身份的稳定性。

罕见的人类视觉大脑内部观察

我们关于单个神经元如何识别物体的大部分知识来自猴子研究，因为直接在人类中记录单个神经元很少可能实现。在这里，医生和科学家利用了一个特殊的医疗情形：一位难治性癫痫患者需要临时植入电极。在她的临床监测外，团队在她大脑后部一个被称为外侧枕叶复合体（LO）的区域中添加了两块微电极网格，该区域以识别形状和物体而重要。这些电极网格使他们能够在她注视屏幕图片时记录数十个单神经元的电性尖峰活动。

对形状极为敏感的神经元

研究者先通过在28×28度的视觉空间补丁上在许多位置闪现单一身体形状，绘制每个神经元在屏幕上“注视”的位置。该映射显示，LO细胞的感受野——它们响应的视觉场区域——比一些早期估计要小，但常常跨越空间的两侧，并倾向于对植入半球对侧的空间更敏感。接着，他们测试了这些神经元对形状的挑剔程度。在一块电极网格上，他们展示了64个简单的白色形状；在另一块上，则是一组无头的详细身体图像。许多神经元仅对少数首选形状强烈放电，而对其他形状几乎不响应，这表明它们具有尖锐的形状调谐，而不是对“屏幕上任何东西”的普遍反应。

无论物体出现在哪里都保持相同偏好

即使杯子移动，你仍能识别“同一个杯子”，这意味着大脑必须在不同位置上保持对形状的偏好稳定。为此，团队在每个神经元的最佳屏幕位置确定其最喜欢的刺激，然后问：当相同图像出现在其感受野的其他位置时，这种形状排序是否保持相似？通过时间分辨的相关性分析，他们发现，在刺激出现后约80–90毫秒内，首选位置与非首选位置的反应模式变得高度相关。换句话说，在每个神经元能够“看见”的区域内，相同的形状倾向于无论出现在哪里都成为最优或最差的响应，这就是位置不变性的标志。

在大幅度尺寸变化下仍然稳定

当物体接近或远离时在视野中变大或变小时，大脑也必须应对这一点。在一个独立实验中，研究者在一个电极阵列的感受野内以跨越两个“八度”（即从小到大四倍变化）的三个尺寸展示了20幅身体图像。一些神经元仅对最大的身体产生反应，但有一部分神经元在多个尺寸下都可靠地发放。当团队比较响应模式时，发现首选与非首选身体的排序在小、中、大版本之间部分保留。统计测量和回归分析显示，这些尺寸变化下的调谐具有显著一致性，表明在群体水平上存在大小不变性，尽管总体放电强度仍可能随尺寸变化而不同。

这对我们看世界意味着什么

这项工作首次直接证明，人类LO中的单个神经元在物体移动或改变大小时仍保持其形状偏好稳定，类似于猴子下颞皮层的神经元。尽管研究基于一位患者，结果表明该脑区包含既对形状有精细调谐又对常见视觉变换出人意料地容忍的细胞。对于日常生活而言，这意味着当你扫视杂乱的房间时，LO中的神经元帮助你迅速且可靠地识别人物和物体，无论它们位于何处或在视网膜上看起来多大。

引用: Michaël, V., Peter, J. & Tom, T. Human lateral occipital complex is invariant for position and size transformations at the single-neuron level. Sci Rep 16, 13222 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43946-2

关键词: 物体识别, 视觉皮层, 外侧枕叶复合体, 神经不变性, 单神经元记录