視覺(jué)和前庭感覺(jué)是人類(lèi)獲取自身和環(huán)境運動(dòng)信息的兩種最重要的感覺(jué)通道，而且兩者間會(huì )互相影響，從而使個(gè)體產(chǎn)生與客觀(guān)世界不符的運動(dòng)知覺(jué)，也就是錯覺(jué)。當觀(guān)察者自身運動(dòng)時(shí)，如果一個(gè)相對于觀(guān)察者靜止的物體旁邊突然閃現另一個(gè)物體，那么觀(guān)察者所看到的閃現物體的位置會(huì )落后于其實(shí)際位置（Schlag et al.，2000）。這種現象稱(chēng)為頭動(dòng)所致閃光滯后效應（head-rotation-induced flash-lag effect，hFLE，是由視覺(jué)單通道內的閃光滯后效應（FLE；Nijhawan，1992）延伸而發(fā)現的。對FLE的神經(jīng)機制研究已經(jīng)相當豐富，但由于技術(shù)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(jīng)典FLE而提出的理論為主。

近日，中國科學(xué)院行為科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室鮑敏研究組利用功能性近紅外光譜（fNIRS）成像技術(shù)，從視覺(jué)—前庭交互作用的角度切入，在觀(guān)察者自身運動(dòng)的狀態(tài)下對hFLE相關(guān)的皮層活動(dòng)進(jìn)行了探索?？紤]到hFLE是視覺(jué)和前庭感覺(jué)相互作用才能產(chǎn)生的知覺(jué)，其相關(guān)腦活動(dòng)容易與單一感覺(jué)通道的響應相混淆，研究者分別操縱兩種感覺(jué)信息，設計了5種實(shí)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(dòng)；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(cháng)閃光刺激。同時(shí)，在被試的雙側枕-顳-頂葉交界區域設置光極（圖1b），通過(guò)測量皮層局部血紅蛋白濃度來(lái)檢測相應腦區的神經(jīng)活動(dòng)。根據過(guò)往研究可以預期，僅在自身運動(dòng)和短暫閃光共存的條件A下會(huì )出現hFLE，從而可以通過(guò)條件間減法來(lái)分離出特異于hFLE的腦活動(dòng)。

圖1. （a）實(shí)驗設計。A、C、E條件下被試執行自身運動(dòng)，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(cháng)閃光（1 s）。僅在自身運動(dòng)和短暫閃光共存的條件A下會(huì )出現hFLE。（b）fNIRS成像的通道設置。

行為任務(wù)分析顯示，不同于視覺(jué)單通道內的經(jīng)典FLE，持續1 s的長(cháng)閃光也可以誘發(fā)明顯的hFLE，但強度仍顯著(zhù)弱于17 ms的短閃光。成像分析顯示，hFLE特異的皮層活動(dòng)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(jìn)一步的相關(guān)分析發(fā)現，雙側緣上回區域的皮層活動(dòng)都與被試的轉動(dòng)速度成正相關(guān)（圖3a），而左側顳中回區域的皮層活動(dòng)與被試知覺(jué)到的hFLE強度成負相關(guān)（圖3b）。

圖2.右側顳中/下回后部、雙側緣上回/顳上回區域產(chǎn)生了特異于hFLE的皮層活動(dòng)。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(dòng)與被試的轉動(dòng)速度成正相關(guān)。（b）被試知覺(jué)到的hFLE強度與左側顳中/下回區域（通道#6、#8）的活動(dòng)成負相關(guān)。

中顳復合區（middle temporal complex，MT+）和顳頂聯(lián)合區（temporoparietal junction，TPJ）是兩個(gè)較為經(jīng)典的多感覺(jué)信息整合腦區。其中，MT+是視覺(jué)運動(dòng)加工區，結合其他感覺(jué)通道的運動(dòng)信息對視覺(jué)運動(dòng)進(jìn)行表征，其活動(dòng)與hFLE強度的負相關(guān)可能反映了在沒(méi)有明顯視覺(jué)運動(dòng)輸入的情況下，視覺(jué)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(wǎng)絡(luò )的一部分，對視覺(jué)—前庭感覺(jué)沖突較為敏感，因而活動(dòng)會(huì )隨著(zhù)自身運動(dòng)信號加強而增強。

該研究結果表明，hFLE的生成涉及視覺(jué)加工通路和前庭加工網(wǎng)絡(luò )的不同層級與方面。這些發(fā)現強調了hFLE相比于經(jīng)典的視覺(jué)單通道FLE的區別，以及視覺(jué)—前庭交互作用在hFLE形成過(guò)程中扮演的重要角色，并對今后借助hFLE之類(lèi)錯覺(jué)現象的形成通路來(lái)進(jìn)一步揭示視覺(jué)—前庭交互作用機制提供了啟發(fā)。

該研究受科技創(chuàng )新2030-“腦科學(xué)與類(lèi)腦研究”重大項目（2021ZD0203800）和國家自然科學(xué)基金（31830037、31871104、32300878）的支持。研究論文已發(fā)表于國際光學(xué)工程師學(xué)會(huì )（SPIE）旗下的光學(xué)神經(jīng)成像領(lǐng)域專(zhuān)門(mén)期刊Neurophotonics，并受其官方微信公眾號“SPIE光學(xué)工程”的推介。中國科學(xué)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(guān)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