猕猴视觉皮层 MT 和 MST 区域对生物运动的分层特异性处理机制

　　在动物的生存中，感知其他生物的运动至关重要。人类和灵长类动物能从简单的点光信息中识别生物运动（Biological Motion，BM）。一般认为，形状和运动信息都有助于 BM 识别，但运动线索更为关键。BM 感知有两个显著特征，即倒置效应和打乱效应，大脑对完整直立 BM 的优先神经表征常被视为 BM 特异性处理的标志。

目前，人们对 BM 感知的神经机制仍知之甚少。虽然普遍认为后颞上沟（posterior superior temporal sulcus，pSTS）参与 BM 感知，但 pSTS 内单个神经元和神经回路如何编码 BM 尚不清楚。pSTS 包含两个与视觉运动信号分析相关的重要子区域：中颞区（middle temporal area，MT）和内侧颞上区（medial superior temporal area，MST）。MT 是灵长类视觉皮层中关键的运动敏感区域，神经元对简单平移运动具有方向选择性；MST 接收来自 MT 的直接前馈输入，对更复杂的运动模式（如光流）有选择性反应。然而，BM 特异性处理是在 MST 区域建立，还是在 MT 区域更早确定，这一问题亟待解决。

为了解决这些问题，中国科学院心理研究所的研究人员进行了深入研究。他们结合电生理记录和神经网络建模技术，对三只猕猴的 MT 和 MST 区域进行研究，相关成果发表在《Communications Biology》杂志上。

研究人员运用的主要关键技术方法如下：首先是电生理记录技术，在猕猴观看不同方向、取向和形式的 BM 刺激时，使用标准细胞外记录技术记录 MT 和 MST 区域的单细胞放电活动；其次是神经网络建模，构建两层脉冲神经网络（Spiking Neural Network，SNN）模型，模拟从 MT 到 MST 的前馈脉冲序列<【猕猴视觉皮层 MT 和 MST 区域对生物运动的分层特异性处理机制】
【为探究生物运动（BM）在大脑中的编码机制，研究人员对猕猴 MT 和 MST 区域研究，发现其分层处理特性，意义重大。】
【生物运动 | 视觉皮层 | MT 区域 | MST 区域 | 神经元 | 神经回路 | 电生理记录 | 神经网络模型 | 选择性编码 | 运动感知】
【国内】
【在动物的生存中，感知其他生物的运动至关重要。人类和灵长类动物能从简单的点光信息中识别生物运动（Biological Motion，BM）。一般认为，形状和运动信息都有助于 BM 识别，但运动线索更为关键。BM 感知有两个显著特征，即倒置效应和打乱效应，大脑对完整直立 BM 的优先神经表征常被视为 BM 特异性处理的标志。

目前，人们对 BM 感知的神经机制仍知之甚少。虽然普遍认为后颞上沟（posterior superior temporal sulcus，pSTS）参与 BM 感知，但 pSTS 内单个神经元和神经回路如何编码 BM 尚不清楚。pSTS 包含两个与视觉运动信号分析相关的重要子区域：中颞区（middle temporal area，MT）和内侧颞上区（medial superior temporal area，MST）。MT 是灵长类视觉皮层中关键的运动敏感区域，神经元对简单平移运动具有方向选择性；MST 接收来自 MT 的直接前馈输入，对更复杂的运动模式（如光流）有选择性反应。然而，BM 特异性处理是在 MST 区域建立，还是在 MT 区域更早确定，这一问题亟待解决。

为了解决这些问题，中国科学院心理研究所的研究人员进行了深入研究。他们结合电生理记录和神经网络建模技术，对三只猕猴的 MT 和 MST 区域进行研究，相关成果发表在《Communications Biology》杂志上。

研究人员运用的主要关键技术方法如下：首先是电生理记录技术，在猕猴观看不同方向、取向和形式的 BM 刺激时，使用标准细胞外记录技术记录 MT 和 MST 区域的单细胞放电活动；其次是神经网络建模，构建两层脉冲神经网络（Spiking Neural Network，SNN）模型，模拟从 MT 到 MST 的前馈脉冲序列传输，通过训练模型来重现神经生理数据。

研究结果主要包括以下几个方面：

1. MT 和 MST 细胞对 BM 方向选择性相当且平衡：MT 神经元的反应受 BM 刺激动态调制，且调制与 BM 方向相关。在群体水平上，MT 和 MST 对左右行走方向的偏好平衡且相当，通过计算平均归一化放电率和方向检测指数（Direction Detectability Index，DI），发现两个区域检测左右行走 BM 的能力平衡，且方向编码强度相似。
2. MST 而非 MT 细胞表现出 BM 特异性处理 —— 偏向的形式和倒置选择性：通过比较神经元对完整和打乱 BM 的反应来评估形式选择性，对直立和倒置 BM 的反应来评估倒置选择性。结果显示，MT 细胞的形式和倒置选择性在群体水平上是平衡的，而 MST 细胞偏向于优先表征完整和直立的 BM，其形式检测指数（Form Detectability Index，DI）和倒置检测指数（Inversion Detectability Index，DI）均显著偏向相应的偏好方向。
3. MST 区域独立的 BM 编码：MST 细胞的形式和倒置选择性偏向不能用记录群体的偏差采样来解释，且这两种偏向编码相互独立，反映了与基本运动方向表示无关的神经特征，可能通过不同神经亚群或不同计算方式实现。
4. 脉冲神经网络模型重现神经生理数据并揭示连接模式：训练的 SNN 模型能够成功重现 MST 神经元的反应，训练后 MT - MST 的连接权重呈现特定模式，线性运动选择性 MT 神经元优先投射到 MST 方向和倒置细胞，非线性光流选择性 MT 神经元优先连接 MST 完整偏好形式细胞。通过 “消融” 实验进一步验证，去除非线性光流选择性 MT 神经元会显著损害 MST 的形式选择性，而对倒置和方向选择性影响较小。

研究结论和讨论部分表明，该研究揭示了 MT 和 MST 区域对 BM 的分层和特异性处理。MT 神经元可能在 BM 识别中起特征检测作用，MST 神经元则基于 MT 传递的信息，更直接地参与 BM 感知。同时，研究推测 MST 区域观察到的倒置效应可能与该区域整合视觉和前庭信号有关。此外，该研究还强调了未来应进一步研究 MT/MST 下游皮质区域的 BM 处理，以及运用细胞类型特异性神经调制技术验证本研究关于连接结构和神经元作用的推测。

总的来说，这项研究为理解灵长类大脑中 BM 计算在单细胞和神经回路水平的机制提供了重要依据，拓展了人们对生物运动感知神经机制的认识，对视觉认知和神经科学领域的发展具有重要意义。