（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。

視覺信息進入大腦后，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。這意味著在生命早期，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”；隨著視力發育完善，細胞會逐漸適應更精細的細節和更豐富的色彩，對應另一條被稱為“小細胞系統”的通路。

為驗證該假說，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，后期輸入全彩高清圖像。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征。

“這些發現可能為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。該研究由博士后 Marin Vogelsang 和 Lukas Vogelsang 共同領銜，成果發表于Communications Biology期刊。

感官輸入

關于低質量視覺輸入可能有利于發育的觀點，源于對先天性失明后恢復視力兒童的研究。

Sinha 實驗室發起的“普拉卡什計劃”（Project Prakash）在印度篩查并治療了數千名兒童。其中，白內障等可逆性視力障礙尤為常見。這些兒童恢復視力后，許多人自愿參與研究，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于彩色圖像。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。

基于這些發現，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后果。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群輸入，這有助于處理精細細節。而大細胞通路的神經元整合更大范圍的視覺信息，使其擅長處理整體空間信息。

為驗證“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：一組采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后的視覺輸入，前半段訓練使用低分辨率灰度圖像，后半段切換為高清彩色圖像。

訓練完成后，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群類似的節點）。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群，類似大細胞通路；同時形成更多樣化的小細胞樣單元群，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。

“這為生物學系統中觀察到的關聯性可能源于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，例如外形為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征（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于依據物體形狀判斷，這與人類行為一致。當研究人員系統性移除模型中類似大細胞的單元后，模型立即喪失了基于形狀分類的傾向性。

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。

1.https://news.mit.edu/2025/study-babies-poor-vision-may-help-organize-visual-brain-pathways-0703