心理所研究揭示视觉背侧通路和嗅觉系统可能存在交互作用

　　大脑处理感觉信息加工中一个重要的特征是将来自多个感觉通道的信息有机地整合在一起，使人和动物由感觉刺激引发的行为更加优化、合理，从而获得更高的生存概率。这种多模态信息整合表现为将多种感觉通道的信息整合为一种总的感知，或者一种感觉信息调节另一种感觉信息的加工（跨模态调节）。在以往的研究中，跨模态调节被广泛地报道。一般规律是，较强的感觉通道（如视觉）调制其他较弱的感觉系统（如听觉、嗅觉等），而反之则鲜有报道。在视觉-嗅觉交互作用方面，以前研究(Zhou et.al.,2010)利用双眼竞争削弱视觉的办法，成功观察到了嗅觉对视觉物体知觉时间的影响，表明嗅觉系统和视觉物体认知通路（腹侧通路，图1）存在交互作用。但是，目前尚不清楚这种交互作用是否仅仅局限于视觉腹侧这一特定通路，或是可以扩展到背侧通路。前者表明视觉-嗅觉跨模态调节的特异性，而后者说暗示视觉-嗅觉交互作用的广泛性与一般性。 

　　心理所认知与发展心理学研究室张弢研究组以人类被试为研究对象，通过考察气味对运动方向的判断是否存在影响，从而在行为水平上探索嗅觉和视觉背侧环路系统之间的交互作用。基本的思想是，先让被试在两种不同的气味和两个不同的运动方向之间建立起关联，然后测试被试在不同气味呈现下的方向分辨能力是否存在差异（图2）。在这里，一个特别的地方是所选用的运动刺激。对每一个被试，该研究在运动刺激中加入了不同水平的噪声，使得他们在正常情况下（无气味）刚好能达到随机水平之上的正确率。通过这种噪声淹没的方式，有效降低了视觉信号的强度，达到与嗅觉信号可靠性可比拟的程度。这一操控（采用模棱两可的运动刺激）是成功观察到嗅觉调控视觉运动知觉的关键（实验1）。为了消除决策/反应偏差带来的影响，该研究设计了反向关联（实验2）、中立气味关联（实验3）和随机关联（实验4）等一系列控制实验，结果一致显示，气味能够显著地改变被试对模棱两可的运动刺激的方向知觉，且这种方向知觉的改变与之前建立的气味—方向映射关系是相关的（图3）。这些结果暗示处理运动信息的背侧通路与嗅觉系统也可能存在着某种交互作用。该研究结果及时地扩展和补充了该研究组对视觉-嗅觉跨模调节机制的认识，有助于我们全面理解多感觉整合是如何通过在神经环路层面的机制来实现的。尽管由于神经环路的复杂性，多感觉通道跨模调节作用的细胞水平神经电生理机制暂时还不为人所知，但是，本研究结果无疑为未来全面揭示跨感觉模态调节的神经机制提供了新的线索和思路。 

　　该研究受国家自然科学基金（No.31070960、31271175）、认知神经科学与学习国家重点实验室开放课题（No.CNLZD1305）和心理所青年启动基金（No.Y3CX112005）资助。研究结果在线发表于Scientific Reports.   

　　http://www.nature.com/srep/2014/140723/srep05796/full/srep05796.html 

Kuang, S. & Zhang, T. Smelling directions: Olfaction modulates ambiguous visual motion perception. Sci. Rep. 4, 5796; DOI:10.1038/srep05796 (2014). 

图1：视嗅觉系统大脑皮层示意图。视觉皮层是大脑皮层的主要组成部分，它有两条独立的信息处理通路，腹侧通路负责物体的认知而背侧通路负责对运动、空间方位等信息的处理。已有证据表明嗅觉能调节视觉物体认知功能，但不清楚嗅觉是否也能调节运动信息处理。否定的答案暗示视觉-嗅觉交互作用可能具有局限性和特异性，肯定的答案则表明这种交互作用的一般性，即同时存在于腹侧物体认知和背侧运动认知两条神经环路上。 

图2： 实验任务与设计。被试的任务是判断模棱两可的运动点群的运动方向（水平向左或右，二选一迫选）。每次实验由配对和测试两个时间窗口组成。配对期间的运动方向是明确的（不含噪声）而测试期间的运动方向是模棱两可的（含噪声）。两运动方向分别与两种气味（香蕉或茴香）随机配对（实验1、2、4），或与中立气味配对（实验3）。 

图3： 实验结果。气味能够显著影响运动方向的判断（实验1），且这个影响与该气味所配对的方向有关（实验2）。中立气味并不能产生这种影响（实验3），且随机化配对方式并不能消除这种影响，这些结果表明气味调节了运动知觉而非仅仅是决策/行为偏差。