侧向抑制是受刺激神经元抑制附近神经元活动的过程。在侧向抑制中,邻近神经元(位于兴奋神经元的侧面)的神经信号减弱。侧向抑制使大脑能够管理环境输入,避免信息过载。通过抑制某些感官输入的作用和增强其他感官输入的作用,侧向抑制有助于增强我们对视觉、声音、触觉和嗅觉的感知。
神经元是神经系统细胞,负责发送、接收和解释来自身体各个部位的信息。神经元的主要成分是细胞体、轴突和树突。树突从神经元延伸并接收来自其他神经元的信号,细胞体是神经元的处理中心,轴突是长的神经突起,在其末端分支,将信号传递给其他神经元。
神经元通过神经冲动或动作电位来传递信息。神经冲动在神经元树突处接收,通过细胞体,并沿着轴突传递到终末分支。虽然神经元靠得很近,但它们实际上并不接触,而是被一个叫做突触裂缝的缝隙隔开。信号通过称为神经递质的化学信使从突触前神经元传递到突触后神经元。一个神经元可以通过突触与数千个其他细胞连接,形成一个庞大的神经网络。
在侧向抑制中,一些神经元比其他神经元受到更大程度的刺激。高度刺激的神经元(主神经元)沿着特定的路径向神经元释放兴奋性神经递质。同时,高度刺激的主神经元激活大脑中的中间神经元,抑制侧向定位细胞的兴奋。中间神经元是促进中枢神经系统和运动或感觉神经元之间通讯的神经细胞。这项活动在各种刺激之间产生了更大的对比,并导致对生动刺激的更大关注。侧抑制发生在身体的感觉系统中,包括嗅觉、视觉、触觉和听觉系统。
视网膜细胞发生侧向抑制,导致边缘增强和视觉图像对比度增加。这种侧向抑制是由Ernst Mach发现的,他在1865年解释了现在被称为Mach带的视错觉。在这种错觉中,相邻放置的不同阴影的面板在过渡时会显得更亮或更暗,尽管面板内的颜色一致。面板在边框处显示为较暗的面板(左侧),在边框处显示为较暗的面板(右侧)。
过渡处较暗和较亮的带实际上并不存在,而是侧向抑制的结果。接受较大刺激的眼睛视网膜细胞对周围细胞的抑制程度大于接受较小刺激的细胞。从边缘较浅一侧接收输入的光接收器比从较暗一侧接收输入的接收器产生更强的视觉响应。此操作用于增强边界的对比度,使边缘更加明显。
同时对比也是侧向抑制的结果。同时,背景的亮度会影响对刺激亮度的感知。同样的刺激在深色背景下看起来更亮,在浅色背景下看起来更暗。
在上面的图像中,两个不同宽度、颜色一致(灰色)的矩形被设置在从上到下从暗到亮的渐变背景上。两个矩形在顶部显示为较亮,在底部显示为较暗。由于侧向抑制,来自每个矩形顶部的光(在较暗的背景下)在大脑中产生的神经元反应比来自矩形下部的相同光(在较浅的背景下)更强。
侧抑制也发生在触觉或体感知觉中。触觉是通过激活皮肤中的神经受体来感知的。皮肤有多个感受器,可以感知施加的压力。侧向抑制增强了较强和较弱触摸信号之间的对比度。较强的信号(在接触点)比较弱的信号(在接触点周围)对相邻细胞的抑制程度更大。这种活动使大脑能够确定确切的接触点。身体中具有较高触觉敏锐度的区域,如指尖和舌头,具有较小的感受野和较高浓度的感觉受体。
侧抑制被认为在听觉和大脑听觉通路中起作用。听觉信号从内耳的耳蜗传输到大脑颞叶的听觉皮层。不同的听觉细胞对特定频率的声音反应更有效。听觉神经元在某一频率上受到更大的声音刺激,可以抑制其他神经元在不同频率上受到较少的声音刺激。这种与刺激成比例的抑制有助于提高对比度和锐化声音感知。研究还表明,从低频到高频,侧向抑制作用更强,有助于调节耳蜗中的神经元活动。
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