心理所研究發現生物運動的多維度屬性在人腦中的層級加工關系

　　當觀察來來往往的人流時，人們可以輕松地根據他人的行走姿態提取和加工多種特征屬性，如行走方向、性別、情緒等。在這里，人的行走姿態便是一種典型的生物運動（biological motion）。生物運動指生物體（人類或其他動物）的整體運動模式，對該刺激的有效加工與人們的復雜社會互動行為乃至生存發展密切相關。生物運動信息包含多維度屬性，如方向、速度等物理屬性，性別、年齡等生物屬性，情緒、意圖等社會屬性。大腦是如何從同時具有多維度屬性的生物運動刺激中提取每種屬性，并且不同屬性的加工之間是否存在關聯？

　　腦與認知科學國家重點實驗室蔣毅研究組的科研人員利用功能磁共振成像（fMRI）技術探究人腦對生物運動多維度屬性的加工機制。實驗中采用了以光點刻畫人體主要關節點運動軌跡的視覺刺激（圖1）。研究者系統操縱了該刺激的三種屬性，行走朝向、性別和情緒。借助多元回歸的表征相似性分析（representation similarity analysis，RSA），研究者定位了這三種屬性加工的腦網絡（圖2上）。如圖所示，行走朝向特征的主要表征腦區位于大腦皮層的背側，性別特征的主要表征腦區位于前額和顳葉，情緒特征的主要表征腦區涉及了廣泛的背側和腹側皮層。

圖1. 實驗刺激和流程圖

圖2. RSA結果圖

　　更重要的是，研究者采用了一種保留目標屬性而隨機打亂其他屬性的分析方法，對每種屬性的加工如何受其他屬性加工影響進行了分析（圖2下）。結果發現，行走朝向的加工會較多地受到其他維度加工的影響，性別的加工所受其他維度加工的影響次之，而情緒的加工受到其他維度加工的影響較小。該結果提示，生物運動不同維度屬性的加工并非以往的預想那樣，首先提取“低層級的”物理屬性信息而最后提取“高層級的”社會屬性信息，而是包含了更為復雜的相互動態調制過程。最后，研究者總結了本研究和以往研究結果，提出了一種生物運動不同維度特征的大腦加工模型（圖3）。

圖3.生物運動不同特征加工的腦網絡

　　總的來說，該研究首次定位了生物運動多維屬性的腦表征網絡，并揭示了不同維度特征加工的層級結構關系，為進一步理解生物運動信息加工的腦機制提供了重要線索，并為未來的步態識別、生物運動計算建模等研究提供了重要的理論支持。

　　該研究獲得國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項等項目的支持。

　　成果已在線發表于Cerebral Cortex。中國科學院心理研究所博士研究生王睿迪為本文第一作者，中國科學院心理研究所博士后魯溪芊和蔣毅研究員為本文共同通訊作者。

　　論文信息：

　　Ruidi Wang, Xiqian Lu, Yi Jiang, Distributed and hierarchical neural encoding of multidimensional biological motion attributes in the human brain, Cerebral Cortex, 2023, https://doi.org/10.1093/cercor/bhad136