猕猴大脑表征物体颜色知识的神经机制

　　

　　我们的大脑中存储着关于这个世界丰富的知识，比如西瓜的颜色，枫叶的形状，鲜花传递爱意等。那么，猕猴是否也知道西瓜是红色的，香蕉是黄色的呢？如果知道的话，它们的大脑又如何表征这些颜色知识？以往研究表明，人类大脑的知识表征网络是分布式的，既涉及特定的感知觉皮层，也包括与语言等高级认知紧密相关、更为整合的前颞叶区域。然而，猕猴作为一种没有完善语言系统的非人灵长类动物，其知识表征机制仍有待探究。

　　2024年10月28日，中国科学院生物物理研究所刘宁团队和北京师范大学毕彦超、王效莹团队合作在《PLoS Biology》发表题为"Object color knowledge representation occurs in the macaque brain despite the absence of a developed language system"的研究论文。该研究结合多个清醒猴功能性磁共振成像（fMRI）和行为学眼动追踪实验，发现没有完备语言的猕猴与人类相似，均在颜色感知区域存储物体颜色知识，从而验证了基于感知觉经验的知识表征方式的进化保守性。

　　研究人员首先通过对比猕猴大脑对彩色光栅和灰度光栅的响应，为其定义出颜色知觉加工区（图1A）。接下来，研究人员借助多体素模式分析（MVPA: Multivoxel Pattern Analysis）证明了V4d_c，TEO_c，和TEad_c这三个颜色知觉加工区可以区分出具有不同记忆颜色的灰度物体，比如对灰色的草莓和猕猴桃有着不同的响应模式，而对灰色的草莓和西瓜的响应模式则更为类似（图1B&C）。为了进一步验证猕猴对这些灰度物体记忆中的颜色和实际感知经验相符，研究人员直接使用三种彩色光栅来训练分类器，使用具有三种不同记忆颜色的灰度物体进行测试。结果表明，V4d_c，V4v_c，TEO_c，TEpd_c，TEad_c，和TEa_c 这些颜色知觉加工区都可以成功地编码出灰度物体对应的颜色（比如灰色草莓-红色；灰色猕猴桃-绿色）（图1D&E）。随后，研究人员发现TEO_c和TEpd_c这两个颜色知觉加工区还可以在响应模式上区分真实颜色和虚假颜色的物体刺激（图1F&G）。

　　最后，研究人员还通过眼动追踪实验证明猕猴对真实颜色物体具有更强的观看偏好，表明猕猴也可以在行为上区分真实颜色和虚假颜色的物体刺激，为猕猴具有物体颜色知识提供了正向的行为学证据。

图1. 颜色知觉加工区对物体颜色记忆的表征

　　因此，该研究表明猕猴与人类相似，也拥有关于物体的颜色知识，并且这些知识以基于视觉颜色经验的方式存储在颜色感知皮层（尤其是TEO_c，图2）。这项研究揭示了此前在人类大脑中观察到的基于感知觉经验进行知识表征的方式在进化上是保守的，并不依赖于完善的语言系统。

图2. 工作总结图：猕猴大脑对物体颜色知识的分布式表征

　　中国科学院生物物理研究所刘宁研究员，北京师范大学毕彦超教授和王效莹副教授为论文共同通讯作者；生物物理所博士生赵明慧为论文第一作者。生物物理所博士后辛雨萌、博士生邓淏云、高级工程师左真涛对此项工作也做出了重要贡献。该研究得到了科技创新2030-"脑科学与类脑研究"重大项目、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费、安徽省高校协同创新项目、中国科学院青年创新促进会的资助。

　　文章链接：

　　https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3002863