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什么样的图片能引发某些人的痉挛?

侃侃迩行 · 2017-05-29

1. 什么图片容易引发痉挛?

很多人都知道闪烁的灯光 (flashing lights) 会在某些个体中引发痉挛 (seizure)。新近研究发现,某些完全不闪动的固定图片也能引发在某些个体中引发痉挛。这些个体被称作光敏感性癫痫 (Photosensitive epilepsy),约占总人口的万分之一。那么究竟是什么样的图片能引发痉挛,他们又为什么能引发痉挛呢?研究发现,面积较大、对比度较高、朝向唯一、黑白颜色、空间频率适中、噪音较少的图片 (表 1,图 2) 容易在大脑的视觉环路引发 \(\gamma\) 波,也容易在某些个体间引发痉挛。

2. 这些图片为什么容易引发痉挛?

\(\gamma\) 波有两种截然不同的来源。一种是震荡性的 (oscillatory),并在 30-80 赫兹左右出现一个较窄的峰点;而另一种是宽频性的 (broadband)。震荡性 \(\gamma\) 反映了局部神经元整体的同步激活;而宽频性 \(\gamma\) 波则与多单元尖峰有关,反映了神经活动的异步性。引发痉挛的主要是震荡性 \(\gamma\)波。

大脑皮层的震荡性 \(\gamma\) 波主要来源于反射环路。大脑皮层的兴奋性神经元激活后会增加其他神经元的激活可能性。如果其激活的神经元都是兴奋性的,那么该激活链条则可导致正性反馈环路的失控,产生痉挛。但该激活也会导致抑制性神经元的激活。抑制性神经元的激活会释放 GABA 神经递质。该神经递质产生的负性反馈能限制神经元的激活范围,降低痉挛的进一步扩散。抑制性神经元能通过同时激活或同时抑制大量神经元的方式使神经环路产生频率为 30-80 赫兹的周期性变化,即 \(\gamma\) 波。

3. 为什么某些个体容易痉挛?

为什么\(\gamma\) 波的激活能在某些个体中引发震颤呢?一种观点认为,光敏感癫痫病人 (photosensitive epilepsy) 的反馈控制系统收到了损伤。在这些病人中,抑制性神经元激活释放的大量神经递质 GABA 有时会导致负性反馈环路转化成了正性反馈环绿,从而导致神经元激活的失控。

视觉皮层的抑制性反馈能通过激活和抑制相邻神经元的激活活动提高神经活动的空间精确性,抑制性神经元的激活同时也引发 \(\gamma\) 波神经振荡。所以某些需要高空间精确性表征的图片容易引发\(\gamma\),也容易在光敏感癫痫病人中引发痉挛,即高对比度、高锐度、空间细节适中而且朝向一致的黑白图片。

4. 参考文献

Hermes, D., Kasteleijn-Nolst Trenité, D. G. A., & Winawer, J. Gamma oscillations and photosensitive epilepsy. Current Biology, 27(9), R336-R338. doi:10.1016/j.cub.2017.03.076

Honey, C. J., & Valiante, T. (2017). Neuroscience: When a Single Image Can Cause a Seizure. Current Biology, 27(10), R394-R397. doi:10.1016/j.cub.2017.03.067