近日，美国乔治亚理工学院（Georgia Tech）的一支多学科研究团队发现，侧向抑制（lateral inhibition） 在大脑处理视觉信息方面发挥着关键作用。这一发现不仅加深了我们对感官知觉的理解，还可能为神经医学和人工智能（AI）的发展提供新的思路。该研究成果已发表在《Nature Neuroscience》 期刊上。
侧向抑制如何增强视觉对比度？
侧向抑制 指的是某些神经元通过抑制周围神经元的活动，从而增强视觉对比度的现象。这类似于艺术家在绘画时加深轮廓线条，使物体边界更加清晰。在视觉系统中，这种机制帮助我们突出关键的信息，同时抑制背景中不相关的视觉刺激。
“我们的研究揭示了视觉系统如何不仅突出重要信息，还会主动抑制无关信息。”研究负责人、华莱士·H·库尔特生物医学工程系（Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering）副教授比拉尔·海德尔（Bilal Haider） 说道，“这种过滤干扰的能力对于专注力至关重要。”
这一发现可能有助于解释自闭症（autism）或注意力缺陷多动障碍（ADHD） 患者为何在筛选无关信息或集中注意力方面存在困难。
AI的灵感来源：大脑如何赋予神经元不同的计算角色？
海德尔指出，该研究的发现或许还能影响人工智能（AI）和神经网络的设计。“目前的AI系统往往把所有计算单元视为相同，但大脑已经找到了赋予不同神经元不同计算功能的方法。”
研究团队成员、论文第一作者约瑟夫·德尔罗萨里奥（Joseph Del Rosario） 以及佐治亚理工学院数学学院（School of Mathematics）助理教授汉娜·崔（Hannah Choi） 及其数学神经科学研究团队（Research Group in Mathematical Neuroscience），共同开发了计算模型来验证这些生物学发现。
“与数学家合作，探索这些抑制机制背后的计算原理，是神经科学如何反哺AI 的一个绝佳例子。”海德尔表示。
研究聚焦：PV神经元与SST神经元的不同作用
研究人员专注于视觉皮层中的两类抑制性神经元：
- PV（parvalbumin）神经元
- SST（somatostatin）神经元
他们利用光遗传学（optogenetics） 技术（即利用光来控制细胞活动），激活了小鼠视觉皮层中的这两类神经元，并观察到了惊人的结果。
PV神经元 的激活会整体降低视觉对比度敏感性，类似于降低计算机屏幕的亮度。而SST神经元 的激活则带来了更微妙的调整——它改变了对比度敏感性的曲线斜率，即视觉系统感知对比度的方式。
“简单来说，SST神经元能够更强烈地精细调整我们对视觉对比度的感知，减少多余的信号，”海德尔解释道，“这就是侧向抑制的作用。大脑通过精密的神经连接，让这些抑制性神经元像‘刹车’一样发挥作用，与‘加速器’同样重要。”
影响远不止视觉，或可应用于听觉、触觉乃至医学治疗
研究人员指出，侧向抑制的作用不仅局限于视觉系统，还可能在听觉、触觉等感官处理中 扮演类似的角色。未来，随着科学家对大脑筛选感官信息机制的深入理解，或许能够开发出改善感官体验 的新方法。
海德尔回忆说，他在十年前 作为博士后研究员时，便萌生了这一研究想法。他相信，该研究不仅可能推动视觉障碍的治疗，还可能让人工智能更加灵活高效。
参考文献：Joseph Del Rosario et al, Lateral inhibition in V1 controls neural and perceptual contrast sensitivity, Nature Neuroscience (2025). DOI: 10.1038/s41593-025-01888-4
编辑：王洪
排版：李丽
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