2014年6月16日出版的《當(dāng)代生物學(xué)》（Current Biology, 24(12), 1354-1360）刊發(fā)了北京大學(xué)心理學(xué)系方方教授課題組的論文“Misbinding of color and motion in human visual cortex”，報(bào)道了他們結(jié)合心理物理學(xué)適應(yīng)技術(shù)(psychophysical adaptation)、功能性磁共振腦成像適應(yīng)技術(shù)(functional magnetic resonance imaging adaptation, fMRI adaptation)和動(dòng)態(tài)因果模型（Dynamic Causal Modeling, DCM），以顏色和運(yùn)動(dòng)綁定為切入點(diǎn)，研究視覺特征綁定的神經(jīng)機(jī)制取得新進(jìn)展。論文通訊作者是方方教授，第一作者是心理學(xué)系已畢業(yè)的博士生張喜淋。
視覺場(chǎng)景中通常充滿各種各樣的物體，每個(gè)物體都有自己的視覺特征，比如顏色、位置、運(yùn)動(dòng)、形狀等。這些特征在視覺信息加工的早期階段是相對(duì)獨(dú)立的，然而，在隨后的加工階段，視覺系統(tǒng)面臨的一個(gè)根本挑戰(zhàn)是如何把這些特征正確的整合或綁定為物體，而避免發(fā)生錯(cuò)誤綁定形成事實(shí)上不存在的物體。2011年美國(guó)國(guó)家科學(xué)獎(jiǎng)?wù)芦@得者、普林斯頓大學(xué)心理學(xué)系教授Anne Treisman于1982年提出了著名的特征整合理論(feature integration theory)試圖解釋視覺特征綁定的機(jī)制，然而，相應(yīng)的神經(jīng)科學(xué)證據(jù)卻由于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和技術(shù)困難而非常匱乏。在本研究中，方方教授課題組利用2004年Nature雜志報(bào)道的一種罕見的穩(wěn)態(tài)顏色和運(yùn)動(dòng)錯(cuò)誤綁定現(xiàn)象進(jìn)行了一系列磁共振腦成像和心理物理學(xué)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)了特征整合理論。這種穩(wěn)態(tài)錯(cuò)誤綁定的優(yōu)點(diǎn)是可以在視覺系統(tǒng)中長(zhǎng)時(shí)間的誘發(fā)出主動(dòng)特征綁定，有利于揭示出特征綁定的內(nèi)在機(jī)制。他們首先利用心理物理學(xué)適應(yīng)技術(shù)發(fā)現(xiàn)，對(duì)顏色和運(yùn)動(dòng)錯(cuò)誤綁定的適應(yīng)可以產(chǎn)生顏色依賴的運(yùn)動(dòng)后效(color contingent motion aftereffect),這個(gè)發(fā)現(xiàn)提示視皮層編碼這種顏色和運(yùn)動(dòng)錯(cuò)誤綁定。隨后他們利用功能性磁共振腦成像適應(yīng)技術(shù)發(fā)現(xiàn)次級(jí)視皮層(V2)編碼這種錯(cuò)誤綁定，并進(jìn)一步利用動(dòng)態(tài)因果模型的數(shù)據(jù)分析技術(shù)發(fā)現(xiàn)，次級(jí)視皮層對(duì)這種錯(cuò)誤綁定的編碼依賴于中級(jí)視皮層V4和V5對(duì)V2的下行反饋調(diào)節(jié)。以上發(fā)現(xiàn)首次揭示了主動(dòng)特征綁定可以由早期視皮層完成，并證實(shí)了中級(jí)視皮層對(duì)早期視皮層的再入連接(reentrant connection)在特征綁定中的關(guān)鍵作用，為特征整合理論首次提供了較為系統(tǒng)的神經(jīng)科學(xué)證據(jù)。
該研究由科技部973項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)項(xiàng)目、北京大學(xué)-清華大學(xué)生命科學(xué)聯(lián)合中心和北京大學(xué)麥戈文腦研究所資助完成。
2014-07-20