心理所研究揭示自身運動導致位置視錯覺的相關皮層活動

視覺和前庭感覺是人類獲取自身和環境運動信息的兩種最重要的感覺通道，而且兩者間會互相影響，從而使個體產生與客觀世界不符的運動知覺，也就是錯覺。當觀察者自身運動時，如果一個相對于觀察者靜止的物體旁邊突然閃現另一個物體，那么觀察者所看到的閃現物體的位置會落后于其實際位置（Schlag et al.，2000）。這種現象稱為頭動所致閃光滯后效應（head-rotation-induced flash-lag effect，hFLE，是由視覺單通道內的閃光滯后效應（FLE；Nijhawan，1992）延伸而發現的。對FLE的神經機制研究已經相當豐富，但由于技術局限，對hFLE機制的研究卻仍然較少，對該現象的解釋也沿用針對經典FLE而提出的理論為主。

近日，中國科學院行為科學重點實驗室鮑敏研究組利用功能性近紅外光譜（fNIRS）成像技術，從視覺—前庭交互作用的角度切入，在觀察者自身運動的狀態下對hFLE相關的皮層活動進行了探索。考慮到hFLE是視覺和前庭感覺相互作用才能產生的知覺，其相關腦活動容易與單一感覺通道的響應相混淆，研究者分別操縱兩種感覺信息，設計了5種實驗條件（圖1a）：條件A、C、E下，被試坐在轉椅上由主試執行自身運動；條件A、B下，向被試呈現持續17 ms的短閃光刺激；條件C、D下，向被試呈現持續1 s的長閃光刺激。同時，在被試的雙側枕-顳-頂葉交界區域設置光極（圖1b），通過測量皮層局部血紅蛋白濃度來檢測相應腦區的神經活動。根據過往研究可以預期，僅在自身運動和短暫閃光共存的條件A下會出現hFLE，從而可以通過條件間減法來分離出特異于hFLE的腦活動。

圖1. （a）實驗設計。A、C、E條件下被試執行自身運動，A、C條件下向被試呈現短閃光（17 ms），B、D條件下向被試呈現長閃光（1 s）。僅在自身運動和短暫閃光共存的條件A下會出現hFLE。（b）fNIRS成像的通道設置。

行為任務分析顯示，不同于視覺單通道內的經典FLE，持續1 s的長閃光也可以誘發明顯的hFLE，但強度仍顯著弱于17 ms的短閃光。成像分析顯示，hFLE特異的皮層活動主要集中在右側顳中/下回后部、雙側緣上回/顳上回區域（圖2）。進一步的相關分析發現，雙側緣上回區域的皮層活動都與被試的轉動速度成正相關（圖3a），而左側顳中回區域的皮層活動與被試知覺到的hFLE強度成負相關（圖3b）。

圖2.右側顳中/下回后部、雙側緣上回/顳上回區域產生了特異于hFLE的皮層活動。Δβ1、Δβ2和Δβ3分別是條件(A-B)-(C-D)、條件A-B-E、條件C-D-E得到的差異激活。

圖3. （a）雙側緣上回/顳上回區域（通道#3、#14）的活動與被試的轉動速度成正相關。（b）被試知覺到的hFLE強度與左側顳中/下回區域（通道#6、#8）的活動成負相關。

中顳復合區（middle temporal complex，MT+）和顳頂聯合區（temporoparietal junction，TPJ）是兩個較為經典的多感覺信息整合腦區。其中，MT+是視覺運動加工區，結合其他感覺通道的運動信息對視覺運動進行表征，其活動與hFLE強度的負相關可能反映了在沒有明顯視覺運動輸入的情況下，視覺通道作為不可靠通道受到前庭通道的抑制；而TPJ作為前庭加工網絡的一部分，對視覺—前庭感覺沖突較為敏感，因而活動會隨著自身運動信號加強而增強。

該研究結果表明，hFLE的生成涉及視覺加工通路和前庭加工網絡的不同層級與方面。這些發現強調了hFLE相比于經典的視覺單通道FLE的區別，以及視覺—前庭交互作用在hFLE形成過程中扮演的重要角色，并對今后借助hFLE之類錯覺現象的形成通路來進一步揭示視覺—前庭交互作用機制提供了啟發。

該研究受科技創新2030-“腦科學與類腦研究”重大項目（2021ZD0203800）和國家自然科學基金（31830037、31871104、32300878）的支持。研究論文已發表于國際光學工程師學會（SPIE）旗下的光學神經成像領域專門期刊Neurophotonics，并受其官方微信公眾號“SPIE光學工程”的推介。中國科學院心理研究所博士后何鑫為第一作者，并與心理所鮑敏研究員共同作為通訊作者。

論文信息：

He, X.*, & Bao, M.* (2024). Neuroimaging evidence of visual-vestibular interaction accounting for perceptual mislocalization induced by head rotation. Neurophotonics, 11(1), 015005-015005. DOI: https://doi.org/10.1117/1.NPh.11.1.015005

相關論文：

He, X., Bai, J., Jiang, Y., Zhang, T., & Bao, M.* (2022). Beyond motion extrapolation: vestibular contribution to head-rotation-induced flash-lag effects. Psychological Research, 86(7), 2083-2098. DOI: https://doi.org/10.1007/s00426-021-01638-8

Bai, J.?, He, X.?, Jiang, Y., Zhang, T., & Bao, M.* (2020). Rotating one’s head modulates the perceived velocity of motion aftereffect. Multisensory Research, 33(2), 189-212. DOI: https://doi.org/10.1163/22134808-20191477

Bai, J., Bao, M.*, Zhang, T., & Jiang, Y. (2019). A virtual reality approach identifies flexible inhibition of motion aftereffects induced by head rotation. Behavior Research Methods, 51, 96-107. DOI: https://doi.org/10.3758/s13428-018-1116-6