在人工智能快速发展的背景下,界定什么是意识以及计算系统如何感知外部世界,成为了认知科学的核心课题。

理解意识需要从基础的感官机制切入,而视觉感知的运作方式远比日常经验复杂。通过视网膜生理盲点、大脑损伤引发的盲视现象以及特定认知障碍病例可以证实,视觉感知是神经系统持续进行主动建构的产物。

为什么我们眼睛里存在生理盲点却感觉不到任何画面缺失,那些特殊的大脑受损病例又是如何揭示视觉感知深层真相的?

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很多人以为自己的双眼能够无死角地看清眼前的所有画面,但生理结构的客观限制却直接推翻了这种感觉。

人类眼球的视网膜上分布着数以亿计的感光细胞,负责接收外界光线并转化为生物电信号。在视网膜的后方存在一个特定的生理区域,即视神经盘。

这是所有视网膜神经节细胞轴突汇集成视神经束并穿出眼球通往大脑的通道,同时也是视网膜中央动静脉进出眼球的通道。因为这个区域完全被神经纤维和血管占据,没有任何感光细胞分布,落在该区域的光线完全无法被感知,形成了每个人眼球中天然存在的生理盲点。

在日常双眼视物时,由于左右眼视野相互重叠,左眼的盲区会被右眼的有效视野覆盖,右眼的盲区也会被左眼覆盖。

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即便在闭上一只眼睛的单眼观察状态下,人们也察觉不到视野中存在黑洞或画面缺失。这是因为大脑枕叶的视觉中枢具备强大的神经信息补齐机制,中枢神经系统会调取盲点边缘区域的颜色、亮度和纹理数据,通过算法推算补齐该区域的画面,生成连续完整的视觉体验。

大脑主动生成画面的特性在神经病理学案例中表现得更为明确。在查尔斯博内综合征患者中,由于视网膜或视神经病变导致视力严重下降,大脑视觉皮层长期处于外部信号输入匮乏的状态。

此时视觉神经元自发产生异常放电活动,患者会在视野中看到极其清晰的建筑、人物或复杂几何图案,而患者本人清楚知晓这些画面并不存在于客观物理环境中。

在安东综合征病例中,患者由于双侧大脑后动脉阻塞导致枕叶初级视觉皮层完全坏死,从生理角度已经彻底失明。

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然而这些患者在临床问诊中会坚决否认自己失明,并详细向医生描述病房内的陈设和人员活动。患者的大脑认知监控系统受损,内部神经回路自发生成的虚构画面直接替代了真实的外部视觉输入,证实了人类主观感受到的视觉体验由大脑中枢自主计算生成。

当一个人在主观上坚信自己什么都看不见的时候,身体的行为却可能展现出完全相反的判断结果。

在大脑损伤研究中,存在一类被称为盲视的特殊病例。

这类患者的大脑后部枕叶初级视觉皮层遭受严重物理损伤或中风缺血破坏,导致对应的对侧视野完全丧失了主观视觉感知。当医生在患者的盲区视野内出示光源、移动物体或特定形状时,患者明确报告眼前是一片漆黑,什么也看不到。

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然而在实验测试中,研究人员要求患者对着盲区内的目标进行强制猜测,比如用手指指出光点出现的方位,或者判断光条是横向还是纵向排列。

大量临床统计数据表明,患者猜测的准确率稳定维持在百分之八十以上,远远超出了随机猜测的统计概率。在更为复杂的避障行走测试中,即便走廊里随意摆放着箱子、椅子等障碍物,报告自己完全看不见任何东西的盲视患者依然能够顺畅绕过所有障碍物走完全程。

这种现象揭示人类视觉神经传导通路的多样性。人类眼球捕获的光信号在离开视网膜后主要兵分两路传递。

主干通路经由外侧膝状体投射到枕叶初级视觉皮层,这条通路负责处理物体的精细形态、颜色、空间细节,并生成能够被主观意识感知到的视觉画面。当主干通路的初级皮层受损后,人类的主观视觉体验随之消失。

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另一条古老的次级传导通路直接从视网膜投射至中脑的上丘以及顶盖前区,再进一步延伸到运动控制和空间定位区域。

这条通路在进化早期负责机体的空间定向、运动物体追踪和危险快速避障反应。盲视现象的存在证明,外部视觉信息的神经处理与产生主观意识体验分属于不同层次的神经回路,身体对物理世界的感知和反应可以完全脱离主观意识而独立运行。

剥离掉感官的直观感受之后,人类大脑对外部物理世界的呈现其实是一套持续运作的神经计算系统。

大脑对视觉画面的处理并非整体进行,而是将不同维度的物理属性拆分到专门的皮层区域进行分布式处理。临床上的特定脑区损伤病例清晰展示了这种模块化分工:

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当大脑颞中回区域受损时,患者会出现运动失认症,丧失对物体连续运动的感知能力。患者眼中的世界由一帧帧静止的画面构成,倒水时水流呈现为凝固的状态,无法判断水面何时上升,过马路时车辆在远处的画面会瞬间切换到近处,运动轨迹的连续性完全瓦解。

当大脑枕颞叶的梭状回区域发生病变时,患者会出现面孔失认症。这类患者能够清晰看清对方五官的线条、颜色和几何尺寸,甚至能够准确临摹人脸画像,但大脑无法将这些局部特征整合为具有身份识别意义的面孔整体,患者甚至无法在镜子中认出自己的长相。

当枕叶腹侧区域受损时,患者会患上大脑皮层色盲。即便眼球视网膜上的三种视锥感光细胞完好无损,能够正常接收红绿蓝不同波长的光线信号,患者眼前的世界依然完全丧失了色彩维度,退化为深浅不一的灰度图像。

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现代认知神经科学研究表明,大脑在感知外部环境时并非被动接收传感器传输的数据,而是采用自上而下的预测机制。大脑基于过往记忆与内部模型,持续生成对当前环境的预期,并利用视网膜传入的微弱感觉信号来修正预测偏差。

看见的本质,是大脑内部神经模型与外部输入数据不断碰撞修正后的计算平衡态。探索视觉神经系统的建构过程,为理解人类意识的产生机制以及构建真正具备环境感知能力的人工智能系统提供了重要的理论依据。

那么大家如何看待大脑建构视觉与人类意识之间的关系?欢迎在评论区一起讨论。