NB：脑智卓越中心顾勇研究员综述多感觉自身运动感知的皮层机制

多感觉自身运动感知的皮层机制

Cortical Mechanisms of Multisensory Linear Self-motion Perception

周璐昕^1,2 • 顾勇^1,2

¹中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心，中国科学院，上海200031，中国

²中国科学院大学，北京100049，中国

第一作者：周璐昕

通讯作者：顾勇

生物体的空间导航通常包括基于地标信息和基于路径积分的两种策略。当环境中的地标信息不明确时，基于自身运动信息的路径积分策略往往发挥着重要作用。自身运动信息可来源于前庭、视觉、本体感觉、听觉等多种感觉通道。许多心理物理学研究表明，人类和非人灵长类动物可以整合视觉光流和内耳前庭信息，提升对自身运动航向的分辨能力，且这种行为表现的提升符合贝叶斯最优理论的预测。为了研究视觉和前庭信息整合的神经机制，近二十年来，研究者们在动物上利用侵入式电生理记录技术获得高时空分辨率的数据，加深了对多感觉自身运动感知神经机制的理解。

首先，研究人员在猕猴的感觉皮层中发现了多个脑区同时编码前庭和视觉信号，包括背侧内上颞区（dorsal medial superior temporal area，MSTd）、顶内沟腹侧区（ventral intraparietal area，VIP）、外侧裂后部视觉区（visual posterior sylvian area，VPS）、前眼区平滑眼动亚区（smooth pursuit area of the frontal eye field，FEFsem），7a区等，提示这些脑区可能参与了多感觉信息整合。的确，以MSTd脑区为代表，双模态刺激的实验条件能增强部分细胞集群对空间中自身运动航向的调谐，提示这些多感觉脑区可能构成了行为的神经基础。

然而近年来的一些工作从视觉和前庭信号的时间动力学角度出发，发现了新的信号解读机制。具体说来，大脑中的视觉运动信号被主要基于速度编码，而前庭信号则具有更高的复杂性：虽然外周前庭只编码变换的速度，即加速度，但在往中枢传递的过程中，发生了不同程度的时间上的累积，从而形成从加速度到速度之间均有分布的模式。MSTd脑区主要编码前庭速度信号，这与视觉正好匹配，似乎有利于多感觉整合。然而，在更高级的决策相关脑区，包括位于后顶叶的LIP，和位于额叶的FEFsac，研究者们发现决策相关神经元选择性地读取和累积前庭加速度和视觉速度信号。因此在基于前庭和视觉的空间航向感知任务中，大脑似乎并没有采取一种传统上人们认为的时间动力学匹配的方式，相反采取了异步的方式整合两种信号。这一假说近期得到了进一步的实验数据支持：通过人为提前视觉刺激呈现，使决策相关区域中前庭和视觉信号在时间上对齐，可以使动物产生更好的行为表现。

结合因果操纵的实验结果，研究者们提出了新的介导多感觉空间航向感知神经环路的假说（图1），认为在这个过程中，大脑可能整合了来自顶岛叶的前庭加速度信号，和来自背侧视觉通路的视觉光流信号。同时猜测背侧视觉通路中的前庭速度信号，可能参与了其它功能，如距离感知等，需要未来的研究进一步验证。

图1 介导空间航向感知中视觉-前庭整合的神经机制假说。在进行航向辨别时，前庭加速度和视觉速度信号来自于不同的神经通路。比如，前庭加速度信号可能来自于顶岛叶的前庭皮层（PIVC），视觉速度信号可能来自于背侧视觉通路的MSTd。这些信号进一步上传到决策相关区域，如后顶叶LIP，额叶FEFsac等进行证据积累和整合，这一信号汇聚的方式被称为晚期整合模型（虚线左边）。而在早期整合模型中（虚线右边），前庭和视觉信号早在MSTd感觉皮层中发生汇聚，其中前庭信号以速度编码为主，可能通过进一步积分机制参与了距离感知等其它任务。蓝色、红色、和绿色分别代表前庭、视觉、和双模态刺激条件或信号。

关键词：自身运动感知；空间航向；多感觉整合；视觉光流；前庭；时间动力学

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https://link.springer.com/article/10.1007/s12264-022-00916-8

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