纳家勇治课题组Progress in Neurobiology发文揭示非人灵长类后下颞区表征异我空间的记忆敏感型感知觉

    2024年10月2日，北京大学心理与认知科学学院、IDG麦戈文脑科学研究所纳家勇治课题组，在《Progress in Neurobiology》期刊发表了题为“Mnemonically modulated perceptual processing to represent allocentric space in macaque inferotemporal cortex”的研究论文。

    探索周遭环境时，我们的眼睛不停转动以捕捉复杂的视觉信息，后者继而投射到我们的视网膜。为感知环境全貌，我们的大脑将多次投射图像整合成连贯的视觉场景，实现对周围物体位置与特征的辨别。大量研究围绕视觉场景的心理表征（如，认知地图），而较少关注其对感知过程的影响。为此，本研究设计了一个视觉引导扫视任务，要求动物依次注视位于不同背景不同位置的物体。其中背景图像剪辑自大尺寸场景图（母图），每个场景图内嵌4个框架位置不同、图案相同的子图。每次物体呈现期（简称OP期）前有一次动画，提示背景对应的框架位置（图1）。通过同时变换注视位置和背景图像的双因素实验设计，研究人员得以探索神经元活动与视网膜投射图像的关系，子-母图嵌套设计的场景图像和先导动画的引入则巧妙实现探究整体场景心理表征对当前感知的影响 (Li, Chen and Naya, 2024)。

 图1. 范式设计和非人灵长类后下颞区示意

    该研究共从两只非人灵长类后下颞区（简称PIT区）记录377个神经元，编码物体空间信息（n=119，简称空间细胞 ）和特征信息（n=125）的神经元数目相当。结果显示，PIT空间细胞倾向于同时受到注视位置和背景图像的调节（119个神经元中的51个，42.9%）（图2），提示这种调节来自两者的联合而非汇聚作用（见视野中心背景信号理论）(Chen and Naya, 2020a & 2020b)。

图 2. 一个受注视位置和背景图像联合调节的PIT空间细胞示例

TL，左上；TR，右上；BL，左下；BR，右下

    有意思的是，在这个不要求主动编码的注视范式中，PIT空间细胞也倾向于受到背景图像所属框架位置的调节（图3），且往往局限于背景所属唯一母图的框架位置，而非各母图共有的一般性框架位置（例如，相对任一母图中心，向上或向左的位置）。考虑动物可以且只可以从先导动画获取背景所属唯一框架位置，表征当前感知信息的视野中心背景信号可能受到源自视觉经验的记忆信号的调节，进而实现当前注视物体在整体场景心理表征的位置编码（即，异我空间编码）（注，整理场景心理表征需经多次感知觉构建）。

图 3. 单细胞和群体水平上记忆效应对视觉感知的调节作用

A图示意一个空间细胞在各背景图像中最佳框架位置（W，橙色）和其他框架位置（平均值，黑色）的响应。

    通过系列精巧的视觉感知和记忆范式，纳家勇治实验室较为系统地揭示了传统“是什么”通路中微妙的“在哪里”信息。考虑其自动编码特性，视野中心背景信号可能是连接视觉感知和记忆等不同认知过程的理想通道，为例如非人灵长类动物海马体中的空间视野细胞(Rolls et al., 1997)等下游功能神经元提供有效信息来源。

    北京大学心理与认知科学学院李澳博士为该论文第一作者，北京大学心理与认知科学学院、IDG麦戈文脑科学研究所纳家勇治研究员为本文通讯作者。该研究获得国家科学和技术创新2030重大项目、国家自然科学基金委项目资助。

参考文献:

Chen, H., & Naya, Y. (2020a). Automatic Encoding of a View-Centered Background Image in the Macaque Temporal Lobe. Cerebral Cortex, 30(12), 6270–6283. https://doi.org/10.1093/cercor/bhaa183

Chen, H., & Naya, Y. (2020b). Forward Processing of Object–Location Association from the Ventral Stream to Medial Temporal Lobe in Nonhuman Primates. Cerebral Cortex, 30(3), 1260–1271. https://doi.org/10.1093/cercor/bhz164

Li, A., Chen, H., & Naya, Y. (2024). Mnemonically modulated perceptual processing to represent allocentric space in macaque inferotemporal cortex. Progress in Neurobiology, 241, 102670. https://doi.org/10.1016/j.pneurobio.2024.102670

Rolls, E. T., Robertson, R. G., & Georges‐François, P. (1997). Spatial View Cells in the Primate Hippocampus. European Journal of Neuroscience, 9(8), 1789–1794. https://doi.org/10.1111/j.1460-9568.1997.tb01538.x

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.pneurobio.2024.102670

课题组介绍

纳家勇治

北京大学心理与认知科学学院研究员

北京大学IDG麦戈文脑科学研究所PI

研究兴趣

纳家勇治实验室主要研究大脑的记忆系统。陈述性（关联性）记忆是指形成对知识、事件和关系的新的长期记忆的能力，这种基本的认知功能让我们记住过去，并基于过去的经验做出适当的选择。阿尔茨海默症病人通常患有陈述性记忆障碍。由于陈述性记忆对日常生活至关重要，纳家勇治实验室致力于阐明大脑如何执行这项非凡功能。为了探究这个问题，实验室使用基于非人灵长类动物行为的神经生理学方法，描述了当被试执行记忆任务时位于多个脑区的单个神经元或神经元群传递的信号。实验室的研究旨在描述负责陈述性记忆的“信息流”是如何在内侧颞叶以及相关新皮质脑区（如感觉联合区、前额叶和顶叶）进行表征的。