研究显示了我们的大脑如何使听觉和视觉同步

大脑改变我们的时间感，使我们对声音和视觉的共同感知同步。一项新的研究发现，这种重新校准依赖于大脑信号不断适应我们的环境，对相互竞争的感官输入进行采样、排序和关联。

　　

每个高中物理学生都知道声音和光以不同的速度传播。如果大脑没有考虑到这种差异，我们就很难分辨声音来自何处，以及它们与我们所看到的东西之间的关系。

相反，大脑允许我们通过玩把戏来更好地理解我们的世界，因此同时产生的视觉和声音被认为是同步的，即使它们到达大脑，并以不同的速度被神经回路处理。

大脑的窍门之一是时间重新校准：改变我们的时间感，使我们对声音和视觉的联合感知同步。一项新的研究发现，重新校准依赖于大脑信号不断适应我们的环境进行采样，将相互竞争的感觉输入排序并关联起来。

麦吉尔大学蒙特利尔神经研究所医院的科学家招募志愿者，观察短暂的闪光和各种延迟的声音，并让他们报告他们是否认为两者同时发生。参与者在脑磁图仪（MEG）内完成这项任务，脑磁图仪以毫秒的精度记录和成像他们的脑电波。视听刺激对每次都发生变化，声音和视觉物体在时间上呈现出更近或更远的距离，研究人员发现，受试者对一对听觉和视觉刺激同时性的感知强烈地受到前一对刺激同时性的影响。例如，如果呈现一个声音，紧接着是一个视觉毫秒的间隔，并且被认为是异步的，那么就更有可能报告下一个视听刺激对是同步的，即使它不是同步的。这种主动的时间重新校准是大脑用来避免对现实的扭曲或断开的感知的工具之一，有助于在我们感知的图像和声音之间建立因果关系，尽管有不同的生理速度和神经处理速度。

脑磁图信号显示，这一大脑壮举是由听觉和视觉脑区的快慢脑电波之间的独特相互作用实现的。较慢的大脑节律使大脑回路兴奋性的时间波动加快。兴奋性越高，接收神经网络就越容易记录和处理外部输入。

基于此，研究人员提出了一种理解再校准的新模型，在缓慢波动之上的更快的振荡产生离散有序的时隙来记录感官输入的顺序。例如，当一个音频信号到达听觉皮层的第一个可用时隙时，一个视觉输入也到达该时隙时，这一对被认为是同时的。要做到这一点，大脑需要将视觉时间段定位得比听觉时间段晚一点，以说明视觉信号的生理传导较慢。研究人员发现，神经听觉和视觉时间间隔之间的这种相对延迟是一个动态过程，它不断适应每个参与者最近接触到的视听感知。

他们的数据证实了新的动态整合模型，显示了大脑快速振荡的这些细微的几十毫秒延迟是如何产生的在每个人身上进行测量，并解释他们各自对感知同时性的判断。

在自闭症和语言障碍中，感觉的处理，特别是听觉，会发生改变。精神分裂症患者也会受到感觉输入扭曲的影响。这项研究中描述的时间再校准的神经生理学机制可能会在这些疾病中发生改变，他们的发现可能会揭示改善这些缺陷的新研究目标。

“总的来说，这项研究强调我们的大脑不断地吸收和适应来自不同来源的感觉信息的轰击，“这项研究的资深作者、神经研究所的研究员西尔万·贝利说。”为了理解我们复杂的环境，包括社会交往，大脑回路积极地调整微妙的生理机制，以更好地预测和预测外部刺激的性质和时间。这有助于我们为他们的表现建立一个有弹性和适应性的心理地图。”

Journal Reference:

1. Therese Lennert, Soheila Samiee, Sylvain Baillet. Coupled oscillations enable rapid temporal recalibration to audiovisual asynchrony. Communications Biology, 2021; 4 (1) DOI: 10.1038/s42003-021-02087-0