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基本信息：

Title:Thalamocortical transcriptional gates coordinate memory stabilization

發(fā)表時間：2025.11.26

Journal:Nature

影響因子：48.5

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研究動機與背景

我們的感官系統(tǒng)并非孤立工作，而是協(xié)同構(gòu)建對世界的認(rèn)知。心理學(xué)與神經(jīng)影像學(xué)的證據(jù)長期表明，視覺輸入能夠跨模態(tài)“招募”體感處理區(qū)域，例如：僅觀察他人被觸摸就能激活觀察者自身的體感皮層。這種現(xiàn)象被稱為“替代性（vicarious）”或“移情”體驗。盡管這種跨模態(tài)激活已是共識，但目前的理解仍存在斷層：我們僅知道視覺能激活體感區(qū)，卻缺乏明確的計算模型來解釋這兩種模態(tài)的計算機制是如何連接的。換言之，僅僅觀察到“有激活”是不夠的，關(guān)鍵在于揭示大腦是如何利用拓?fù)溆成洌═opographic mapping）這一通用原則，將體感信息有組織地嵌入視覺系統(tǒng)的。此外，傳統(tǒng)的受控刺激方式往往難以捕捉到這種自然情境下復(fù)雜且精細(xì)的映射關(guān)系。為了突破這一限制，本研究旨在解決一個核心科學(xué)問題：在缺乏直接身體接觸（如靜息態(tài)或觀看自然視頻）的條件下，大腦如何在視覺皮層中實現(xiàn)視覺表征與體感表征的接口？這種跨模態(tài)的接口是遵循視空間對齊（visuospatial alignment）規(guī)則，還是更高階的語義類別對齊（category alignment）規(guī)則？

實驗設(shè)計與文章邏輯

為了解決上述問題，作者并未采用傳統(tǒng)的局部功能定位任務(wù)，而是設(shè)計了一套基于連通性的預(yù)測模型。首先，作者利用靜息態(tài)fMRI數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型，假設(shè)如果大腦某區(qū)域（目標(biāo)區(qū)）的活動可以通過初級體感皮層（S1）和初級視覺皮層（V1）的活動模式來線性組合預(yù)測，那么該區(qū)域就具有“連接感受野”，這一步旨在揭示大腦內(nèi)在的、“內(nèi)源性”的體感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。隨后，作者將這一模型應(yīng)用于自然視頻觀看任務(wù)（HCP數(shù)據(jù)集，高分辨率7T fMRI），邏輯在于，如果視覺輸入能夠驅(qū)動體感映射，那么在觀看視頻時，視覺皮層中的體素應(yīng)該表現(xiàn)出對S1特定部位（如手、腳、臉）的選擇性調(diào)諧，為了驗證這種調(diào)諧不是隨機的，作者進一步分析了這些“替代性地圖”內(nèi)的梯度結(jié)構(gòu)，并將其與獨立的視覺映射（視網(wǎng)膜拓?fù)洌┖驼Z義映射（身體部位分類）進行比對，從而確定視覺和體感參考系是如何在皮層表面實現(xiàn)對齊和整合的。

核心發(fā)現(xiàn)

發(fā)現(xiàn)一：靜息態(tài)下的內(nèi)源性體感網(wǎng)絡(luò)

作者發(fā)現(xiàn)，即使在沒有任何外部刺激的靜息狀態(tài)下，利用S1作為源區(qū)域的連接感受野模型也能準(zhǔn)確預(yù)測大腦廣泛區(qū)域的活動。這揭示了一個內(nèi)源性的體感拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，涵蓋了頂葉、額葉和島葉皮層，且這些區(qū)域的體感映射梯度（如腳到舌頭的排列）與經(jīng)典的體感皮層組織高度一致。

Fig. 1 | Connective-field modelling reveals endogenous somatotopic network.

發(fā)現(xiàn)二：視覺輸入驅(qū)動了視覺皮層的體感映射

在觀看視頻時，體感拓?fù)溥B接的強度顯著增加，尤其是在背外側(cè)視覺皮層（包括紋外身體區(qū)EBA等）。模型分析顯示，這些傳統(tǒng)上被認(rèn)為是“視覺”的區(qū)域（如EBA, FBA），其神經(jīng)活動變異竟然能被體感皮層（S1）的活動模式很好地解釋，且表現(xiàn)出明確的體感選擇性（如偏好手或腳）。

Fig. 2 | Somatotopic connectivity in visual cortex during video watching.

Fig. 3 | Multimodal topographic connectivity in dorsolateral visual cortex.

發(fā)現(xiàn)三：視覺皮層內(nèi)精細(xì)的“小人”圖

作者在背外側(cè)視覺皮層中不僅發(fā)現(xiàn)了體感激活，還識別出了多個有序的體感拓?fù)涮荻?。這些梯度表現(xiàn)出身體部位的連續(xù)映射（從腳到臉），并且在個體之間具有高度的可重復(fù)性。這說明視覺皮層內(nèi)部實際上平鋪著一系列微縮的“體感小人”地圖。

Fig. 4 | Structured somatotopic representations in dorsolateral visual cortex

發(fā)現(xiàn)四：兩種對齊模式的共存

進一步地，作者發(fā)現(xiàn)視覺皮層采用了兩種不同的對齊策略：

1. 背側(cè)流（Dorsal stream）區(qū)域表現(xiàn)出視空間對齊，即視野位置與身體部位位置相關(guān)聯(lián)（如上視野對應(yīng)上身/手操作空間），這支持了“行動導(dǎo)向”的視覺處理。

2. 腹側(cè)流（Ventral stream）區(qū)域（如VWFA, FBA）表現(xiàn)出類別對齊，即體感偏好與視覺身體部位的語義分類一致，與空間位置無關(guān)。

省流總結(jié)

本研究旨在探索人類大腦如何通過視覺輸入產(chǎn)生觸覺共鳴（如看到他人疼痛時自己也會膽顫）。作者利用7T高分辨率功能磁共振成像（fMRI）數(shù)據(jù)，結(jié)合創(chuàng)新的雙源連接感受野模型（Dual-source connective-field modeling），在參與者僅觀看視頻（無觸覺刺激）的情況下，分析了大腦皮層的活動。核心成果表明，人類視覺系統(tǒng)中存在廣泛的、詳細(xì)的“替代性身體地圖（Vicarious body maps）”。這些地圖位于背外側(cè)視覺皮層，其組織方式與初級體感皮層（S1）的“小人（Homunculus）”結(jié)構(gòu)高度一致。這揭示了視覺皮層不僅僅處理視覺信息，還內(nèi)嵌了體感計算機制，這種跨模態(tài)的對齊為理解具身感知、社會認(rèn)知以及視覺與觸覺如何協(xié)同工作提供了新的神經(jīng)解剖學(xué)基礎(chǔ)。

AI 銳評

這篇文章在方法上有較大創(chuàng)新，利用雙源連接感受野模型和自然刺激，首次在背外側(cè)視覺皮層精細(xì)描繪了“替代性身體地圖”，揭示了視空間與語義對齊的雙重機制，有力支持了具身認(rèn)知理論。但主要結(jié)果基于fMRI功能相關(guān)性，神經(jīng)層面的確切因果機制尚需進一步驗證；且個體間地圖變異的具體功能意義有待深入探究。

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分享人：天天、BQ

審核：PsyBrain 腦心前沿編輯部