（來源：MIT News）
在閱讀的過程中，我們的眼睛需要不斷掃描行文、識別字形、調整焦點，而這些“視覺任務”最終都要傳送到大腦進行解碼和理解。
視覺信息進入大腦後，主要通過兩條通路進行加工：大細胞通路負責空間、運動、注意力導向，幫助我們看得準；小細胞通路負責顏色、形狀、細節，幫助我們看清楚。
新生兒出生時，視網膜視錐細胞尚未發育完善，通常視力模糊且色覺不佳。這意味着在生命早期，他們看到的是模糊、色彩失真的圖像。
近日，來自麻省理工學院（MIT）的團隊提出，這種低質量的視覺輸入可能導致部分腦細胞專門處理低空間頻率和弱色彩信號，即所謂的“大細胞系統”；隨着視力發育完善，細胞會逐漸適應更精細的細節和更豐富的色彩，對應另一條被稱爲“小細胞系統”的通路。
爲驗證該假說，研究人員用類似嬰兒視覺發育階段的圖像序列訓練計算機視覺模型，早期輸入低質量圖像，後期輸入全綵高清圖像。他們發現這些模型發展出的處理單元，其感受野特性與人類視覺系統大小細胞通路的劃分存在相似性。而僅用高質量圖像訓練的視覺模型則未形成這種分化特徵。
“這些發現可能爲大腦視覺通路的關鍵組織原則——小細胞/大細胞系統的分化機制提供了理論解釋”。MIT 腦與認知科學教授、研究資深作者 Pawan Sinha 指出。該研究由博士後 Marin Vogelsang 和 Lukas Vogelsang 共同領銜，成果發表於 Communications Biology 期刊。
感官輸入
關於低質量視覺輸入可能有利於發育的觀點，源於對先天性失明後恢復視力兒童的研究。
Sinha 實驗室發起的“普拉卡什計劃”（Project Prakash）在印度篩查並治療了數千名兒童。其中，白內障等可逆性視力障礙尤爲常見。這些兒童恢復視力後，許多人自願參與研究，幫助團隊追蹤其視覺發育進程。
在其中一項研究中，研究人員發現，接受白內障手術的兒童在識別黑白圖像時的物體識別能力顯著低於彩色圖像。這一發現促使研究者提出假說：典型發育早期受限的色彩輸入非但不是障礙，反而能幫助大腦學會識別色彩貧乏或失真的圖像中的物體。
“初期剝奪豐富的色彩輸入，似乎是一種有效策略，能增強系統對色彩變化的適應力，使其在圖像色彩缺失時更具魯棒性”。Sinha 解釋道。
該研究還發現，若計算機視覺模型先在灰度圖像上訓練，再接觸彩色圖像，其物體識別能力比全程使用彩色圖像訓練的模型更強。實驗室另一項研究同樣表明，先接受模糊圖像訓練、再接觸清晰圖像的模型表現更優。
基於這些發現，MIT 團隊進一步探索了發育初期同時限制色彩和視敏度可能產生的後果。他們推測，這些限制可能促進大細胞通路與小細胞通路的形成。
小細胞通路的神經元不僅對色彩高度敏感，還具有較小的感受野，即接收來自更密集的視網膜神經節細胞羣輸入，這有助於處理精細細節。而大細胞通路的神經元整合更大範圍的視覺信息，使其擅長處理整體空間信息。
爲驗證“發育進程可能影響大小細胞選擇性”的假說，研究人員用兩組不同圖像訓練模型：一組採用標準物體分類數據集，另一組用“仿生”數據集模擬人類出生後的視覺輸入，前半段訓練使用低分辨率灰度圖像，後半段切換爲高清彩色圖像。
訓練完成後，團隊分析了模型的處理單元（網絡中與大腦視覺信息處理細胞羣類似的節點）。結果發現，仿生數據訓練的模型分化出專門響應低色彩和低空間頻率輸入的單元羣，類似大細胞通路；同時形成更多樣化的小細胞樣單元羣，主要針對高空間頻率或豐富色彩信號。而全程使用高清彩色圖像訓練的模型未出現這種分化。
“這爲生物學系統中觀察到的關聯性可能源於正常發育過程中同步輸入的特定類型提供了證據。”
物體識別
研究人員通過額外實驗揭示了不同訓練策略下模型的物體識別機制。在一項測試中，他們要求模型對形狀與紋理不匹配的物體圖像進行分類，例如外形爲貓但紋理似大象的動物。
該領域常用此類方法判斷模型依賴何種圖像特徵（整體形狀或細粒度紋理）進行分類。MIT 團隊發現，接受仿生輸入訓練的模型明顯更傾向於依據物體形狀判斷，這與人類行爲一致。當研究人員系統性移除模型中類似大細胞的單元后，模型立即喪失了基於形狀分類的傾向性。
另一組實驗中，團隊改用視頻訓練模型，引入時間維度。大細胞通路除對低空間分辨率和弱色彩敏感外，還能響應高時間頻率，從而快速檢測物體位置變化。當模型接受仿生視頻訓練時，對高時間頻率最敏感的單元確實也表現出空間域的大細胞特性。
研究者指出，這些結果共同支持“生命早期的低質量感官輸入可能塑造大腦感覺處理通路組織”的觀點。該發現雖未否定大小細胞通路的先天特異性，但證明了發育過程中的視覺經驗同樣可能發揮作用。
“我們逐漸認識到，人類經歷的發育進程經過精密設計，既賦予特定感知能力，也可能深刻影響大腦的組織結構。”Sinha 總結道。
此項研究獲得美國國立衛生研究院、西蒙斯社會腦科學中心、日本學術振興會和山田科學基金會資助。
原文鏈接：
1.https://news.mit.edu/2025/study-babies-poor-vision-may-help-organize-visual-brain-pathways-0703
