这项研究发表在eLife上，研究结果有助于科学家更好地理解大脑如何处理视觉信息，并最终可能使比较不同物种如何感知同一环境成为可能。
解码大脑所见
研究人员花费了数年时间试图理解大脑如何解释来自眼睛的信号。在人类研究中，科学家向受试者展示图像和电影，同时用功能磁共振成像（fMRI）记录大脑活动，然后利用这些测量数据尝试将视觉信息重建到单个像素的水平。
这项新工作采用了不同的方法。研究人员没有依赖更广泛的大脑成像信号，而是使用了小鼠单个脑细胞的记录。这些单细胞测量能够提供更详细的视觉信息在大脑中如何表征的图景。
利用从视觉皮层记录的活动，该团队能够生成向小鼠展示的视频的高质量重建。
主要作者Joel Bauer博士（伦敦大学学院塞恩斯伯里韦尔科姆中心）说："我们希望有一种更好的方法来研究大脑如何解释我们所看到的事物。目前理解特定神经元群组表征的方法对于未经专门测试的情况并不具有很强的泛化能力。因此，我们希望开发一种能够捕捉大脑中表征内容并将其与现实进行比较的方法。"
研究人员对动物面前实际存在的物理事物与该信息在大脑内部如何表征之间的差异特别感兴趣。研究这些差异可以揭示大脑强调、改变或过滤了哪些视觉特征。
将神经元活动转化为视频
为了重建电影，Bauer博士及其同事使用了一个动态神经编码模型，该模型最初由另一个研究团队为2023年Sensorium竞赛开发。该模型旨在预测小鼠观看电影时单个神经元（脑细胞）将如何反应。它还考虑了其他因素，包括动物的运动和瞳孔直径的变化。
随后，伦敦大学学院的研究人员使用相同的数据集改进了这一方法。首先，他们计算了如果小鼠注视空白屏幕，神经元预计会如何表现。他们将这一预测与小鼠观看电影时神经元的实际活动进行了比较。
神经活动是通过一种显微成像方法测量的，该方法通过检测钙水平的局部增加来识别哪些单个脑细胞处于活跃状态。
利用预测活动与测量活动之间的差异，算法逐渐改变了最初空白电影的像素。每次调整后，重建的视频变得更加接近实际向小鼠展示的视频。
重建一段新的10秒电影
模型训练完成后，研究人员对其进行了更困难的测试。他们记录了小鼠观看一段从未包含在模型训练数据中的视频时的大脑活动。
仅利用该神经活动，系统重建了一段与未见视频相似的10秒电影。
Bauer博士补充道："使用这种方法，我们能够实现10秒视频片段的高质量重建。随着纳入更多单个神经元的数据，重建的准确性有所提高，这证明了全面神经数据的重要性。"
结果表明，该方法并非简单地记忆之前展示的视频。相反，它能够利用神经活动的模式从新场景中推断视觉信息。
测量视频匹配的紧密程度
为了评估重建效果，研究人员使用了一种称为像素相关性的方法，该方法比较原始电影和重建电影中对应的像素。
分析显示，两段视频在时间上仅存在微小差异。然而，研究人员表示，在图像分辨率和可重建的视觉场景范围方面仍有相当大的改进空间。
未来的工作将集中于收集能够支持更JianCe重建并涵盖动物所见更大范围的数据。
为什么我们的大脑不只是记录现实
研究人员现在计划利用该技术研究一个关于视觉的更深层次问题：大脑的内部表征与我们面前实际的世界有多大差异？
视觉并非简单的类似摄像机的记录过程。大脑不断解释、过滤和修改传入的感官信息。准确理解这些变化发生在何处以及如何发生，可以揭示关于感知的重要原理。
Bauer博士总结道："我们头脑中并没有世界的完美表征。视觉处理流水线以修改信息的方式扭曲和变形我们的表征。现实与大脑表征之间的这种偏差不一定是错误，而是一种特征，反映了我们的思维如何解释和增强感官信息。我们希望探索大脑中是如何发生这一过程的。"