颜色不对称编码的神经起源和演变机制

　　

　　颜色是灵长类动物物体识别和记忆的重要视觉信息。很多研究发现灵长类动物（包括人和猕猴）视觉皮层对不同颜色的编码强度并不均匀。在初级视觉皮层（V1），处于可见光频率范围两端的颜色（蓝色和红色），相对于其它颜色（黄色和绿色），能够引发更强的神经元反应和gamma振荡。然而这样的颜色不对称编码是如何形成的，如何在视觉通路中改变的，仍然不清楚。2024年1月15日，中国科学院生物物理研究所刘宁团队和北京师范大学邢大军团队在《Nature Communications》发表题为"The neural origin for asymmetric coding of surface color in the primate visual cortex"的研究论文。该研究结合电生理和功能性磁共振成像技术，记录了猕猴外侧膝状体（LGN）、初级视皮层（V1）、V2以及V4的跨层活动，揭示了灵长类视觉系统中颜色不对称编码的皮下起源和皮层内的演变机制。

　　研究者首先比较了V1电生理信号和核磁信号的颜色反应特性，发现两种实验方法都显示了等物理亮度的红色和蓝色诱发较绿色和黄色强的反应。此外，LGN的神经活动也具有颜色编码不对称性，而且与V1的编码不对称性显著相关。这一结果表明了视觉皮层对红色和蓝色反应强于绿色和黄色这一现象，起源于皮下机制。进一步的动态因果模型分析结果显示，V1颜色不对称性的来源及在视觉通路中的变化规律，脑区间的前馈连接驱动起到了主导作用，而脑区内部的循环连接以及脑区间的反馈连接也起到了一定的调节作用。最后，研究者使用多通道线性阵列的电生理记录和分层技术，探究了颜色编码不对称性的通路起源。无论是红绿还是蓝黄的颜色编码，都在V1输入层的4Cb有最强的不对称性；而黑白颜色的不对称性则在V1的4Ca更强。这一结果提示，颜色编码不对称性主要是小细胞通路（p-pathway）中形成并传入V1的输入层。而V1皮层内的跨层机制（从输入层到输出层）已经开始对颜色编码的不对称性进行了平衡性修饰。

图1. 多通道电极和功能磁共振成像记录V1颜色反应特性

　　综上所述，这项研究揭示了灵长类动物颜色编码不对称性的通路起源，以及不同皮层连接形式（前馈、交互和反馈）对颜色信息处理的调节作用。这项研究还确认了颜色编码在电生理信号和核磁信号中的一致性。这对于使用电生理和核磁技术研究颜色信息（或者其它信息）的全脑加工处理具有参考意义。

图2.?颜色编码在不同视觉脑区的变化规律示意图

　　生物物理研究所刘宁研究员和北京师范大学邢大军教授为本文通讯作者，原北京师范大学博士生武宇洁（现为普林斯顿博士后）、中国科学院生物物理研究所博士生赵明慧为本文共同第一作者。该研究得到科技创新2030-“脑科学与类脑研究”重大项目和国家自然科学基金的支持。

　　文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-44809-y

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（供稿：刘宁研究组）

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