研究視覺知覺的神經基礎，一直是大腦神經科學中一個重要的主題，不只是因為人類擁有非常豐富的視覺經驗，同時人類有四分之一的大腦皮質層是用來處理跟視覺相關的訊息，因此瞭解大腦皮質層如何處理視覺訊息，對於大腦功能及其運作模式都提供很重要的線索。當光線通過瞳孔抵達眼睛後方，視網膜上的感光接受器(photoreceptors)會將光線能量轉換為神經訊號，雙極細胞(bipolar cells)及節細胞(retinal ganglion cells)會透過視神經，將神經訊號傳送到大腦皮質層的主要視覺區(primary visual cortex, V1)，進而產生視覺知覺。
視覺神經的主要功能之一是在偵測光線的對比(contrast)。視網膜上的雙極細胞會接收來自數十個感光接受器的訊號，其所對應到的外界視野，可被分成兩個同心圓的區域: 中央區(center area)及圍繞其中央區的外環區(surround area)。雙極細胞的角色就是在偵測中央區及外環區光線強度的差異，差異越多對比(contrast)就越高，雙極細胞的反應也就越強烈。雙極細胞主要可以分成兩種型態，一種是中央開型(on-center)，當中央區強度大於外環區時會有反應，主要在偵測正向對比(positive contrast)；另一種是中央關型(off-center)，當中央區強度小於外環區時會有反應，主要在偵測負向對比(negative contrast)。這兩種型態的雙極細胞，在將訊號從視網膜傳遞到V1的過程中並不會互相干擾，而且在數量及反應強度上並沒有太大的差異。但是很有趣的是，相較於正向對比刺激，人類對於負向對比敏感度較高，在閱讀上對負向對比(黑字白底)的閱讀正確率及速度也比較好。
我們的研究發現，對負向對比的高敏感度，有可能是在主要視覺區形成並加以放大，進而產生視知覺的暗偏好。透過記錄獼猴V1不同皮質層中的單一神經反應，我們發現許多神經元對負向對比刺激的反應，比對正向對比刺激的反應要強烈許多，而且這個暗大於明的反應偏好，並不存在於訊息進入的皮質層(layer 4c)，但在訊息輸出的皮質層(layers 2/3)卻被顯著的放大(Yeh et al 2009, 參見圖一)。我們進一步也發現，對負向對比的反應比正向對比的反應強烈，主要是因為正向對比刺激會對神經反應造成較長的抑制，讓神經對負向對比刺激的反應被突顯出來，才造成知覺上的暗偏好(Xing et al 2014)。
在不久的未來，台大校本部實驗動物中心將會成立非人類靈長類動物的實驗室。我們會以台灣獼猴作為主要研究對象，幫助我們瞭解大腦運作的基本原則，並協助建立相關疾病的實驗動物模型。未來研究室將運用不同實驗技術，包括:心理物理學、單頻道及多頻道神經電生理學、神經影像學等技術，來研究知覺與認知歷程的大腦神經基礎，這些結果將有助於瞭解大腦處理外界訊息的一般性原則。 |
