大腦如何處理視覺信息圖片

1. 大腦如何處理視覺信息

想一想你自己是如何「認字」的。
先看見字的「形」，有人給你講解「這個形狀圖案」所表示的意思和發音，在你的腦子里建立了二者之間的聯系，經過反復的重復，下次再見到這個「圖案」，你就會「念」，也知道了它的含義。
所有的神經系統活動都是「反射」，包括條件反射和非條件反射。認字就屬於條件反射。

2. 大腦是如何進行數據處理的

如果將人和計算機比較的話，確實有些相似之處：人的四肢和五官都是輸入和輸出設備，全身的神經網路相當於大腦的數據線，大腦左半區相當於CPU，海馬體相當於內存。

大腦擁有各種處理演算法，如視覺處理模塊、聽覺處理模塊、語言處理模塊、運動處理模塊、空間方位處理模塊等。從某種意義上來說，人的大腦，確實是一台無與倫比的超級電腦。然而，人的大腦工作機制至今還是一個前沿課題，種種不解之謎尚未完全揭開。

我們從能記事開始，大腦中就開始保存各種看到和感知的事情，就像是在存檔一個個視頻快照，只要意念一起，大腦中的神經元就能啟動播放程序，不想看來了，就放回去，這就是我們的記憶。

人腦的神經元是生物形態的神經網路，比起計算機的CPU要高級幾個維度，它們在意識的參與下，是如何完成記憶、計算和學習的，到目前為止還沒有一個很確定的答案。

如果完全弄清楚了人腦的工作機制，那目前最具劃時代意義的學科——人工智慧，將會出現飛躍式的發展。

3. 視覺在人腦中怎樣產生的

視覺是一個生理學詞彙。光作用於視覺器官，使其感受細胞興奮，其信息經視覺神經系統加工後便產生視覺(vision)。通過視覺，人和動物感知外界物體的大小、明暗、顏色、動靜，獲得對機體生存具有重要意義的各種信息，至少有80%以上的外界信息經視覺獲得，視覺是人和動物最重要的感覺。

人的眼可分為感光細胞(視桿細胞和視錐細胞)的視網膜和折光(角膜，房水，晶狀體和玻璃體)系統兩部分。其適宜刺激是波長為370-740納米的電磁波，即可見光部分，約150種顏色。該部分的光通過折光系統在視網膜上成像，經視神經傳入到大腦視覺中樞，就可以分辨所看到的物體的色澤和分辨其亮度。因而可以看清視覺范圍內的發光或反光物體的輪廓，形狀，大小，顏色，遠近和表面細節等情況。

光線→角膜→瞳孔→晶狀體(折射光線)→玻璃體(支撐、固定眼球)→視網膜(形成物像)→視神經(傳導視覺信息)→大腦視覺中樞(形成視覺)

4. 大腦是如何短時間內獲得視覺數據，產生指令動作的信息呢

我們的大腦之所以可以收集到視覺數據，是因為我們的眼睛，我們的眼睛每分每秒都在觀察周圍的事物，像我們的大腦傳遞數據，當視覺數據傳遞到我們的大腦時候。我們的視覺中樞會將我們所看到的影像進行處理。從而再傳到我們的大腦皮層。大腦皮層就會發布與我們看到的景物相對應的動作指令。我們的大腦是一個非常精妙的儀器，它可以幫助我們高效率的處理各種各樣的事物。當我們看到一樣事物的時候，我們的神經中樞已經反應過來，通過無數的神經元將信息快速的傳遞到了我們的大腦皮層。

只要有一個器官出現問題，那麼我們的感知系統就會遭到破壞。所以保護好我們的腦袋是我們最重要的一件事情。因為如果我們的大腦受到了傷害，我們可能就不能完整的感知這個世界，或者不能正確的對發生的事物做出正確的反應。

5. 我們觀察周圍環境的時候，圖像是如何傳到大腦的呢

先需要注意的是，我們在現實生活中看到某一物體的顏色其實並不是這個物體本身的真實顏色，而是其反射和散射得到的顏色。換句話說，那些不能被物體吸收(Absorb)的顏色，即被反射或散射到我們人眼中的可見光波長代表的顏色，就是我們能夠感知到的物體的顏色。

例如，蘋果的表面主要反射和散射紅色光線。只有紅色的波長能從蘋果表面散射或反射回來，而其他部分則被吸收，轉化為其他其他形式的能量，如下圖。

圖 左側可見光波長相對於單根蜘蛛絲線顯示，單根蜘蛛絲寬度略大於1微米。 在右側，可以看到該蜘蛛絲線大約為人類頭發寬度的五十分之一

6. 我們的大腦，究竟是怎麼建立穩定視覺世界的

看」 似乎是一個簡單的過程，只要睜開眼睛我們就能看到周圍的世界。睜開眼睛你可以看到川流不息的人海，你可以看到五彩斑斕的花朵，你可以看見車水馬龍的大街。一切都是那麼自然，不過你有沒有思考過「看」 是怎麼完成的呢？我們是怎麼能夠把景色凈收眼底的呢？心理學家和認知神經科學家們其實在這個領域耕耘無數載，「看」的科學被他們稱之為視覺研究。

一切心理過程都有著神經科學的表現。當我們的眼睛上視網膜（retina）接收到光線時候，它會把看到的光線轉化為電信號，通過神經元之間的信息傳遞，往大腦皮層而去。經過對外側膝狀體（LGN）的中繼，視覺信息達到了大腦皮層。首先接收信息的就是初級視覺皮層（V1），它會分析所看見物體的大小，方向，邊緣等信息。之後，視覺信息會被個個大腦區域逐步分析，比如下顳葉皮層（IT）會分析看到的東西是什麼，而中顳區皮層（MT）會分析所看到東西的運動和位置信息。最終，我們的大腦會匯總看到的一切，解讀出我們眼前的事物。按照神經科學以及人工智慧的巨擎 David Marr所言：「視覺正是信息處理過程」，我們在 「看」 世界的時候，就是視覺信息在視覺處理腦區內被逐步分析解讀的過程。

背側通路和腹側通路的劃分假說，得要說到著名科學家Leslie Ungerleider。她通過摧毀獼猴的部分腦區的方法發現了兩個通路的功能不同。在腹側受損之後，獼猴沒法判斷兩個圖案是否一致；但是在背側受損之後，獼猴就不能判斷某個特別的圖案是在左邊還是右邊。

在腹側和背側通路上，視覺的處理就非常的復雜了。倘若在初級視覺皮層，神經元的處理可以用數學公式來描述的話，在腹側通路上的下顳葉皮層的活動對於我們來說還是無法用數學模型表達

。這種數學描述就是所謂的計算視覺：像物理學一樣，用數學模型來解釋復雜的處理過程。所以，在上世紀六、七十年代時候，當以Hubel和Wiesel兩位諾獎得主為代表生理學家摸清楚初級視覺皮層的功能時候，計算機學界的科學家以及用電腦模擬人腦指日可待。但是我們到現在還沒有能力徹底地描述腹側通路，可以說前路漫漫。

視覺已經是神經科學中探索最為廣泛與深刻的一部分，但它依舊迷霧重重。哪怕是聰明的科學家們都沒有辦法避免科研道路上的挑戰。在2017年，視覺科學協會（Vision

Science Society）年度大會上，來自明尼蘇達大學的Kendrick Kay教授提到他的研究取向：「不要用我們自己的視覺系統來研究人類的視覺系統。」 簡單說來，「看」這件事情太過輕松和簡單，會讓我們有時候低估了視覺的復雜性。