Plos Biology：假肢能被感知成手吗？假肢使用者的大脑解码| 脑科学顶刊导读051期

✎ 顶刊导读目录 

1，奖励增强了初级视觉皮层中刺激特异性表征

2，在无创且可逆的剥夺过程中，成人初级视觉皮层的快速地形重组 

3，通过生成反馈解释视见图像和心理图像的不同大脑活动编码 

4，假肢能被感知成手吗？假肢使用者的大脑解码 

5，人类腹侧视觉通路中感知色彩体验的神经表征 

1，奖励增强了初级视觉皮层中刺激特异性表征 

期刊：Current Biology

作者：Aleah-Jing

重复性刺激的表征在V1 的2/3 层神经元上的增强或者减弱

神经元对外部刺激的表征有可被以往经验所修改的潜能，这对有效地加工感觉信息和改善行为结果至关重要。为了研究一个视觉刺激的重复呈现如何影响其在小鼠初级视觉皮层（V1）中的表征，我们对V1第2/3层神经元进行了双光子钙成像，并在连续5天时间内评估重复呈现刺激之前、期间和之后皮层对该刺激的反应。

我们发现在小鼠主动学习奖励任务之后以及随机获得奖励后都可以观察到，重复呈现与奖励相关联的刺激，神经元表征出现特异性增强。刺激特异性表征的增强，既源于神经元增益选择性，又源于先前选择性反应的神经元的响应可靠性提高。在没有奖励的情况下，当以固定的时间频率呈现刺激时，刺激表征没有变化或者发生减弱。将第二种刺激与奖励搭配使用，可以得到类似的表征增强效果，并增加了对同样受奖励的刺激之间的可分辨性。单神经元反应表明，不同的神经元子群对于两个奖赏刺激的区分取决于是在虚拟环境中显示还是在单个屏幕上查看。

我们的发现提示了奖励相关的响应使刺激表征增强的效应会在V1神经元子群中扩散。我们提出这种基于行为相关的感觉信息输入，其视觉处理的动态调节最终会增强并稳定任务相关的特征表征，同时抑制对非相关刺激的响应。

https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.03.018

2，在无创且可逆的剥夺过程中，成人初级视觉皮层的快速地形重组 

期刊：PNAS

作者：Loren         

V1中BS表征的地形重组

已有研究在一定的时间范围（例如，数分钟至数年）内，采用不同的方法（例如，电生理学、fMRI、心理物理学）记录了多种生物（例如猫、啮齿动物、非人类灵长类动物、人类）成年后的初级视觉皮层（V1）的地形重组（Topographic reorganization），但是由于有五种不同的解释，地形重组的有效性近来受到质疑。

本文使用无创且可逆的剥夺范式，融合神经和行为的方法，探究成人V1短期地形重组的实验测试案例中的不同解释。具体来说，我们遮盖成年人的一只眼睛，从而剥夺另一只眼睛的盲点（blind spot ，BS）的皮层表征，并立即使用fMRI和心理物理学方法对拓扑重组进行了测试。令人惊讶的是，在戴上眼罩后的短短几分钟内，V1中的BS表征开始对BS外部呈现的刺激做出反应，而这些相同的刺激被认为是向BS延伸的。因此，本研究提供了成年人类V1快速地形重组的神经和行为证据，也有力证明视觉剥夺会产生真正的皮层变化。

https://www.pnas.org/content/117/20/11059

3，通过生成反馈解释视见图像和心理图像的不同大脑活动编码 

期刊：Current Biology

作者：Aleah-jing

深度生成网络展示了视见图像和心理图像的不同编码

心理想象和视觉之间的关系是神经科学领域一个长期讨论的问题。目前尚不清楚视觉过程中引起的活动与大脑中想象图像的活动之间的差异是否反映了视见图像和心理图像的不同编码。为了解决这个问题，我们将人脑中的心理图像建模为分层生成网络中的反馈。

网络中，通过从网络层次的较高层向较低层输入抽象的表征来合成图像。当较高层级的处理水平对刺激变化的敏感性低于较低的层级处理水平时（如人脑高级皮层视觉稳定性），低级视觉区域的活动就只编码心理图像中的变化，且精度低于视觉图片。为了检验这一假设，我们进行了功能磁共振成像实验，受试者先想象而后观看数百个空间变化的自然刺激。

为了分析这些数据，我们开发了图像编码模型。这些模型可以准确地预测大脑对想象刺激的反应，并能够准确解码其位置和内容。这些模型还允许我们在每个体素上比较视觉和想象的空间频率的调谐响应，以及视觉和想象空间中感受野的位置和大小。分析结果证实了我们的预测，表明在低级视觉区域中，单个体素中的想象空间频率相对于所看到的空间频率会降低，并且想象空间中的感受野会大于视觉空间中的感受野。这些发现揭示了视见图像和心理图像的不同编码，并将心理图像与生成网络的计算能力联系起来。

https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.04.014 

4，假肢能被感知成手吗？假肢使用者的大脑解码 

期刊：Plos Biology

作者：Aleah-jing

控制组和假肢使用者组在具体躯体选择性视觉皮层上的表征结构

人脑将人造肢体作为身体一部分（Embodiment，具身化）的潜在能力正在激发工程师、临床医生和科学家将其作为优化人机交互的一种重要方法。本研究使用功能性核磁共振成像（fMRI）探究了假肢使用者的枕颞皮质（OTC）是否实际发生了神经具身化。

与对照组相比，假肢使用者对不同的假肢类型在视觉上的表征比对手和工具的表征更加相似，这表明出现了假肢类别的分离。日常生活中更高的假体使用频率与更高的假肢类别化程度正相关。此外，在比较假肢使用者对自己假肢的表征与对照组对相似外观的假体的表征时，假肢使用者对自己的假肢的表征和手的表征更不相似，这挑战了当前的假肢视觉具身化的观点。

我们的研究结果揭示了可穿戴技术使用依赖性的神经基础，表明了在OTC内存在与使用适应性相关的神经可塑性。由于这些神经相关因素与假肢的外观和控制无关，因此我们的发现将解除具身理论对人工肢体所施加的限制，为假肢设计提供了新的机会。

https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000729 

5，人类腹侧视觉通路中感知色彩体验的神经表征 

期刊：PNAS

作者：Loren

重建颜色选择性反应

光线是没有颜色的；颜色感知存在于感知器中，而不是物理刺激中。这种区别对于理解色彩的神经表征至关重要，因为神经表征必须从物理视网膜图像的表征过渡到我们所看到的心理构造。以前的研究通常无法区分由刺激色度和感知色彩体验驱动的神经反应。一个尚未解决的问题是，在大脑处理的每个阶段的神经反应是代表物理刺激还是我们看到的颜色。

本研究通过使用切换竞争范式（switch rivalry paradigm），使颜色感知随时间变化而无需改变视网膜刺激，从而在皮层处理的每个阶段将颜色体验的感知域与彩色刺激的物理域分离。

使用功能性磁共振成像（fMRI）和基于模型的编码方式，我们发现在高级视觉区域的神经表征，如V4和VO1，与感知的颜色相对应，而在早期视觉区域V1和V2的反应是由色光刺激而不是颜色感知调节的。这两种不同的神经表征之间的区别提高了我们对视觉神经编码的理解。

https://www.pnas.org/content/117/23/13145

作者信息

 

校审：Freya（brainnews编辑部）

题图：Singularity Hub

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