张朋研究组、何生研究组合作揭示人类皮层下通路在非注意和意识下检测碰...

　　

　　检测迫近的碰撞轨迹对生存至关重要。之前的研究发现昆虫、鱼类、鸟类和啮齿类动物的大脑中存在专门的神经元和神经环路检测迫近物体。然而，人类大脑中检测迫近的碰撞轨迹的神经环路机制，及其与注意和意识的关系目前尚不清楚。2024年1月18日，中国科学院生物物理研究所视觉与脑成像团队和中国人民解放军总医院神经眼科团队在《Plos Biology》合作发表题为"Human subcortical pathways automatically detect collision trajectory without attention and awareness"的研究论文。该研究以健康成人和皮层偏盲病人为实验对象，结合行为实验、眼动记录和高分辨率7T功能磁共振技术对微小的皮层下核团进行成像，揭示了人类皮层下通路在非注意和意识下自动化检测碰撞轨迹的认知神经机制，为"盲视"检测视觉威胁的神经环路提供了直接证据。

　　行为实验发现健康人类被试能够非常准确地分辨迫近的碰撞和非碰撞轨迹，并且瞳孔在碰撞轨迹下变得更小。相对于下视野，行为和瞳孔变化对来自上视野的碰撞轨迹更加敏感。全脑高分辨率7T fMRI实验结果表明，皮层下上丘-腹侧丘脑枕（SC-vmPul）和上丘-腹侧背盖区(SC-VTA)通路能够在非注意的情况下自动检测碰撞轨迹。与行为和眼动实验一致，这些皮层下通路对来自上视野的迫近轨迹更加敏感。对人类来说，自然界中迫近的危险大多来自上视野（例如掉落的石块或从天而降的捕食者），因此对上视野的碰撞轨迹更加敏感具有一定的生态意义。这种上下视野的不对称性说明人类视觉系统在进化过程中对上下视野的功能做了一定的分工。

　　当视觉刺激呈现在皮层偏盲病人的视野盲区时，虽然病人主观报告看不见，但是2选1的迫选报告表明被试对迫近的碰撞轨迹有显著大于随机水平的检测能力。fMRI实验结果表明，损伤侧的SC、vmPul、VTA能够检测来自对侧盲区的碰撞轨迹，并且SC的反应能够预测行为上对盲区碰撞轨迹的检测能力。这些结果说明皮层下上丘通路对碰撞轨迹的检测可以在意识下进行，揭示了"盲视"检测视觉威胁的神经基础。

图：人类上丘通路在意识下检测碰撞轨迹

　　综上，该研究揭示了人类皮层下通路在非注意和意识下自动检测碰撞轨迹的认知神经机制，这些皮层下通路能够支持皮层盲病人对视觉威胁的"盲视"。

　　中国科学院生物物理研究所博士生郭樊华、邹金佑和王椰为论文共同第一作者，北京康复医院方伯言主任医师、解放军总医院周欢粉副主任医师为共同作者。解放军总医院王大江主任医师，中国科学院生物物理研究所何生研究员、张朋研究员为共同通讯作者。该研究得到科技创新2030-"脑科学与类脑研究"、国家自然科学基金、中国科学院、北京市自然科学基金、首都发展基金等项目的资助。

　　文章链接：https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002375

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（供稿：张朋研究组）

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