V2参与运动轮廓的感知

     2021年3月，《eLife》在线发表了北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室吕海东课题组的研究成果。这项研究揭示了灵长类视觉系统中检测运动轮廓的重要脑区。
 
      人和动物都能够从物体相对于背景的运动中获取其轮廓信息，进而识别该物体。这项能力帮助我们发现具有伪装的昆虫或者运动中的汽车。吕海东课题组的前期研究发现，灵长类视觉脑区V2具有专门处理运动信息的功能区（Lu et al. 2010），这些功能区内的方向选择性神经元有独特的反应特性（Hu et al. 2018）。此外，V2还对运动轮廓线有朝向选择性并具有朝向功能图（Chen et al. 2016）。这些都表明V2在运动信息处理和运动轮廓的检测中起到重要作用。然而，V2区运动轮廓检测的神经机制及其行为贡献尚不清楚。
 
      在这项工作中，研究者们首先训练猕猴对视觉刺激中轮廓线的朝向进行判断，然后用光学成像进行脑区定位，在V2定点植入多道电极阵列。通过电生理记录，他们发现在V2区有10.9%的神经元对运动轮廓具有朝向选择性（MB神经元），这些神经元的朝向反应具有线索不变的特性。通过分析动物在朝向判断时V2神经元的电活动，他们证明了MB神经元的反应与动物的选择行为具有相关性。这些方面V2的表现都显著优于初级视皮层V1。最后，通过分析方向选择性（DS）神经元与MB神经元的活动相关性，以及反应延时的相互关系，证明DS神经元对MB神经元的运动轮廓检测有贡献。
 
      这是首次发现V2区的神经活动与运动轮廓的感知具有相关性，同时提出了运动信息在这过程中的可能作用。这些发现对于我们理解视觉皮层的运动信息处理具有重要意义。该论文第一作者为吕海东教授的博士研究生马恒，实验室成员李鹏程、胡嘉明、蔡幸雅、宋倩玲等在研究中做出了贡献。该研究工作得到了国家自然科学基金的支持。 

图一. 左图为朝向判断任务的流程和运动边界刺激。中间上下图分别展示了动物的行为曲线和一个示例MB神经元的功能曲线，它们具有相似的特征。右图为V2神经元在动物做运动边界朝向判断时的选择概率（CP）分布，部分神经元个体（灰色区域）以及神经元整体均显示与行为判断的显著相关性。 

图二. 在运动边界的刺激下，MB和DS神经元的活动具有时程上的相关性，而且这种相关性在MB神经元偏好的朝向刺激时更强。
  
论文链接：
Ma, H., Li P., Hu, J., Cai, X., Song, Q., Lu, H.D. (2021). Processing of motion-boundary orientation in macaque V2. eLife. 10:e61317.
https://elifesciences.org/articles/61317
 
课题组相关研究：
Hu J, Ma H, Zhu S, Li P, Xu H, Fang Y, Chen M, Han C, Fang C, Cai X, Yan K, Lu HD. (2018) Visual Motion Processing in Macaque V2. Cell Reports. 25, 157–167.

Chen M, Li P, Zhu S, Han C, Xu H, Fang Y, Hu J, Roe AW, Lu HD (2016) An Orientation Map for Motion Boundaries in Macaque V2. Cerebral Cortex. 26:279–287.

Lu HD, Chen G, Tanigawa H, Roe AW (2010) A Motion Direction Map in Macaque V2. Neuron. 68:1002-1013.
 
吕海东课题组网页：
http://brain.bnu.edu.cn/home/haidong/