微小的眼球运动处于令人惊讶的认知控制之下

根据威尔康奈尔医学神经科学家领导的一项研究，一种非常微妙且看似随机的眼球运动类型称为眼漂移，可以受到预期视觉目标的先验知识的影响，这表明对眼睛的认知控制水平令人惊讶。

这一发现在《当代生物学》中有所描述，它增加了对视觉的科学理解——远非单纯地吸收来自视网膜的传入信号——是如何由认知过程控制和指导的。

“这些眼球运动是如此之小，以至于我们甚至没有意识到它们，但是我们的大脑可以以某种方式利用视觉任务的知识来控制它们，”该研究的主要作者Yen-Chu Lin博士说，他在威尔康奈尔医学的Feil家庭大脑和心灵研究所担任系统神经病学和神经科学的Fred Plum研究员。

林博士在研究资深作者Jonathan Victor博士的实验室工作，Jonathan Victor博士是威尔康奈尔医学院神经病学的Fred Plum教授。

该研究涉及与罗切斯特大学脑和认知科学以及神经科学教授Michele Rucci博士的实验室密切合作。

几十年来，神经科学家已经知道，存储在内存中的信息可以强烈地影响感官输入的处理，包括来自眼睛的视觉数据流。换句话说，我们看到的东西受到我们期望看到的内容或手头任务的要求的影响。

大多数关于眼球运动认知控制的研究都涵盖了更明显的运动，例如眼睛在视野的大部分上飞镖的“扫视”运动。在这项新研究中，Lin博士和Victor以及他们的同事检查了眼部漂移，即使凝视似乎固定，也会发生眼睛的微小抖动。

眼部漂移是一种微妙的运动，它将视网膜上的视觉目标移动大约几分之一毫米左右的距离——穿过几十个光感受器(视锥细胞)。它们被认为可以通过扫描来改善对视觉场景中微小、静止细节的检测，从而有效地及时将空间细节转换为视觉信号序列。

先前的研究表明，眼漂移和其他小规模的“注视眼动”仅在广义上受到认知控制 - 例如，在扫描更精细的场景时会变慢。在这项新研究中，研究人员发现了更精确控制类型的证据。

使用Rucci博士实验室的敏感设备，研究人员记录了六名志愿者的眼漂移，他们被要求识别一对字母(H vs. N或E vs. F)中的哪一个是在随机视觉噪声的背景下向他们展示的。基于计算建模，科学家们预计，区分字母的最佳眼球运动将穿过以直角区分字母的关键元素。

因此，他们假设，与更严格的垂直运动相比，更精确的认知控制(如果存在的话)倾向于在垂直和倾斜(从左下到右下)方向上引导眼部漂移进行H与N区分。

他们发现，受试者的眼球运动确实倾向于遵循这些模式 - 即使在20%的试验中，受试者虽然希望看到一个字母，但只显示噪音。后一种结果表明，眼漂移的认知控制可以仅由视觉任务的特定先验知识驱动，而与任何传入的视觉信息无关。

“这些结果强调了视觉的感觉和运动部分之间的相互关系 - 人们真的不能分开看待它们，”维克多博士说，他也是威尔康奈尔大学Feil家庭大脑和心灵研究所的神经科学教授。

他指出，精细眼球运动的方向被认为来自脑干中的神经元，而任务知识可能存在于上脑：皮层 - 这意味着它们之间存在某种无意识的联系。

“受试者知道他们必须做的任务，但他们不知道他们的眼睛正在执行这些微小的动作，即使你告诉他们，”维克多博士说。

他补充说，对这种途径的研究不仅可以更好地了解视觉的神经科学，还可以更好地了解视觉障碍 - 传统上被视为视网膜或大脑内感觉处理的疾病。

“我们的研究结果表明，视觉障碍有时也可能有运动成分，因为最佳视力取决于大脑执行这些非常微小的动作的能力，”维克多博士说。

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