心理所研究揭示自身运动导致位置视错觉的相关皮层活动

视觉和前庭感觉是人类获取自身和环境运动信息的两种最重要的感觉通道，而且两者间会互相影响，从而使个体产生与客观世界不符的运动知觉，也就是错觉。当观察者自身运动时，如果一个相对于观察者静止的物体旁边突然闪现另一个物体，那么观察者所看到的闪现物体的位置会落后于其实际位置（Schlag et al.，2000）。这种现象称为头动所致闪光滞后效应（head-rotation-induced flash-lag effect，hFLE，是由视觉单通道内的闪光滞后效应（FLE；Nijhawan，1992）延伸而发现的。对FLE的神经机制研究已经相当丰富，但由于技术局限，对hFLE机制的研究却仍然较少，对该现象的解释也沿用针对经典FLE而提出的理论为主。

近日，中国科学院行为科学重点实验室鲍敏研究组利用功能性近红外光谱（fNIRS）成像技术，从视觉—前庭交互作用的角度切入，在观察者自身运动的状态下对hFLE相关的皮层活动进行了探索。考虑到hFLE是视觉和前庭感觉相互作用才能产生的知觉，其相关脑活动容易与单一感觉通道的响应相混淆，研究者分别操纵两种感觉信息，设计了5种实验条件（图1a）：条件A、C、E下，被试坐在转椅上由主试执行自身运动；条件A、B下，向被试呈现持续17 ms的短闪光刺激；条件C、D下，向被试呈现持续1 s的长闪光刺激。同时，在被试的双侧枕-颞-顶叶交界区域设置光极（图1b），通过测量皮层局部血红蛋白浓度来检测相应脑区的神经活动。根据过往研究可以预期，仅在自身运动和短暂闪光共存的条件A下会出现hFLE，从而可以通过条件间减法来分离出特异于hFLE的脑活动。

图1. （a）实验设计。A、C、E条件下被试执行自身运动，A、C条件下向被试呈现短闪光（17 ms），B、D条件下向被试呈现长闪光（1 s）。仅在自身运动和短暂闪光共存的条件A下会出现hFLE。（b）fNIRS成像的通道设置。

行为任务分析显示，不同于视觉单通道内的经典FLE，持续1 s的长闪光也可以诱发明显的hFLE，但强度仍显著弱于17 ms的短闪光。成像分析显示，hFLE特异的皮层活动主要集中在右侧颞中/下回后部、双侧缘上回/颞上回区域（图2）。进一步的相关分析发现，双侧缘上回区域的皮层活动都与被试的转动速度成正相关（图3a），而左侧颞中回区域的皮层活动与被试知觉到的hFLE强度成负相关（图3b）。

图2.右侧颞中/下回后部、双侧缘上回/颞上回区域产生了特异于hFLE的皮层活动。Δβ1、Δβ2和Δβ3分别是条件(A-B)-(C-D)、条件A-B-E、条件C-D-E得到的差异激活。

图3. （a）双侧缘上回/颞上回区域（通道#3、#14）的活动与被试的转动速度成正相关。（b）被试知觉到的hFLE强度与左侧颞中/下回区域（通道#6、#8）的活动成负相关。

中颞复合区（middle temporal complex，MT+）和颞顶联合区（temporoparietal junction，TPJ）是两个较为经典的多感觉信息整合脑区。其中，MT+是视觉运动加工区，结合其他感觉通道的运动信息对视觉运动进行表征，其活动与hFLE强度的负相关可能反映了在没有明显视觉运动输入的情况下，视觉通道作为不可靠通道受到前庭通道的抑制；而TPJ作为前庭加工网络的一部分，对视觉—前庭感觉冲突较为敏感，因而活动会随着自身运动信号加强而增强。

该研究结果表明，hFLE的生成涉及视觉加工通路和前庭加工网络的不同层级与方面。这些发现强调了hFLE相比于经典的视觉单通道FLE的区别，以及视觉—前庭交互作用在hFLE形成过程中扮演的重要角色，并对今后借助hFLE之类错觉现象的形成通路来进一步揭示视觉—前庭交互作用机制提供了启发。

该研究受科技创新2030-“脑科学与类脑研究”重大项目（2021ZD0203800）和国家自然科学基金（31830037、31871104、32300878）的支持。研究论文已发表于国际光学工程师学会（SPIE）旗下的光学神经成像领域专门期刊Neurophotonics，并受其官方微信公众号“SPIE光学工程”的推介。中国科学院心理研究所博士后何鑫为第一作者，并与心理所鲍敏研究员共同作为通讯作者。

论文信息：

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

相关论文：

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