腦機啟偵|科學家揭示視觸覺“感同身受”的神經科學基礎（02.02）

當你看到別人被觸碰時，你的大腦正悄悄激活自己的觸覺區域，讓你也能“感同身受”。

你有沒有想過，為什么看到別人被輕輕觸摸時，自己好像也能感受到那種觸感？為什么觀看他人經歷痛苦時，我們會不自覺地皺眉？這些日常生活中常見的現象，背后隱藏著大腦感知機制的奧秘。

最近發表在《自然》雜志上的一項開創性研究，首次揭示了大腦如何連接視覺與觸覺，讓我們能夠“感同身受”地體驗他人的感受。

感官相連的奧秘

我們的感官系統并非孤立工作，而是協同生成對周圍世界的連貫體驗。一個長期困擾科學家的問題是：大腦如何實現視覺與體感表征之間的接口？

日常生活中，當我們看到他人被觸摸時，大腦中代表自身觸覺的區域會被激活。這意味著，視覺系統正在招募與觸覺相關的計算，來模擬視覺輸入的身體后果。

這種跨模態的關系實際上是雙向的——不僅視覺可以招募觸覺，高水平視覺皮層區域同樣會在參與者執行不可見動作時，表現出身體部位特異性激活。

這些來自“外部來源”的感官系統激活與替代性體驗和共情經歷密切相關。然而，盡管這種跨模態激活現象普遍存在，科學界一直缺乏對大腦如何連接視覺和觸覺計算機制的理解。

揭開大腦地圖的新方法

為解開這一謎題，研究團隊開發了一種創新的計算模型，利用大腦感覺系統的一個共同原則——拓撲組織。

我們的大腦初級視覺皮層（V1）包含一個視網膜拓撲地圖，相鄰區域對應視野中相鄰位置。同樣，初級體感皮層（S1）也包含一個身體拓撲地圖，相鄰位置對應身體相鄰部位。

研究團隊為大腦中的每個目標體素創建了一種“雙源連接場”模型，通過估計源區域上的空間模式，可以解釋其血氧水平依賴（BOLD）時間過程。

由于這些源區域的模式直接與視野和身體位置相關，使得通過連接性推導體素的視覺和身體部位調諧成為可能。這種雙源連接場 effectively 將源區域的拓撲結構“投射”到目標區域，揭示了神經參考的視網膜拓撲和身體拓撲地圖。

研究團隊分析了174名人類連接組計劃參與者的一小時7T靜息態數據，建立了內在的身體拓撲組織。隨后，他們將相同的連接場建模應用于同一參與者在視頻觀看期間獲得的數據，考察自然視覺輸入如何影響身體拓撲網絡。

大腦中的隱形身體地圖

研究發現，在靜息狀態下，大腦中已經存在廣泛的內在身體拓撲組織，頂葉、額葉、內側和島葉的大量皮層區域都表現出身體拓撲連接。

這些區域包括中央溝附近背腹方向的腳趾-舌頭梯度、頂葉島蓋/S2附近后前方向的梯度、島葉皮層的雙梯度以及頂內溝內額外的前后梯度。

更重要的是，當參與者觀看視頻時，身體拓撲連接的范圍大幅擴展，覆蓋了半側大腦皮層。相對于靜息狀態，視頻觀看期間表現出身體拓撲連接的大腦區域比例顯著增加。

這一發現意味著，僅憑視覺刺激就足以引發體感系統中更有組織的活動，證明了視覺輸入對身體拓撲連接性的跨模態調節。

視覺與觸覺的精確對齊

研究進一步探索了身體拓撲與視覺調諧之間的關系，發現這些地圖的身體位置調諧與視覺調諧一致。

具體而言，這些地圖的身體位置調諧既預測了視野位置偏好，也預測了身體部位的視覺類別偏好。

這意味著，大腦中存在的這種對齊的視覺-體感地形圖，可能作為一種通用語言，在感官模態間共享結構化信息，支持連貫的感知和認知。

這種跨模態接口處于理想位置，可以將原始感官印象轉化為更抽象的格式，從而服務于行動、社會認知和語義處理。

重新思考共情與社交

這項研究首次揭示了大腦中一系列對齊的視覺-體感地形圖，這些地圖在視覺和身體參考系之間建立了直接聯系。

這些發現不僅解釋了為什么我們看到他人被觸摸時會有“感同身受”的體驗，還為理解人類共情、社會認知等高級功能提供了神經基礎。

當視覺輸入直接映射到我們自身的身體表征時，它可能為我們理解他人的經歷提供了一種神經基礎——我們之所以能理解他人的感受，可能正是因為大腦使用相同的機制來表示自己和他人的身體體驗。

這一發現對理解自閉癥譜系障礙等社會認知障礙也提供了新視角，這些疾病的特點正是共情和社交困難，可能與跨模態映射的異常有關。

局限與未來方向

盡管這項研究取得了突破性進展，但仍存在一些限制。目前的研究主要依賴于功能性磁共振成像技術，雖然空間分辨率較高，但時間分辨率有限，難以捕捉視覺-體感交互的實時動態。

此外，任務設計主要集中于觀察他人被觸摸的場景，未來研究需要探索更多樣的視覺刺激和情境，以全面了解跨模態映射的機制。

研究人員還指出，當前模型雖然揭示了視覺-體感對齊的存在，但對于這種對齊如何支持具體的高級認知功能，如語言理解或社會決策，仍需進一步探索。

未來的研究可以結合經顱磁刺激等干預性方法，直接操縱特定腦區的活動，驗證這些區域在視覺-體感映射中的因果作用。同時，跟蹤這些能力的發展軌跡以及它們在不同人群中的差異，也將加深我們對人類社交功能的理解。

從工程學的“厚表皮-薄皮層”設計，到大腦中視覺與觸覺的隱秘橋梁，自然界的智慧總是超乎我們的想象。下一次當你看到他人被觸碰而自己仿佛也感受到時，你會知道，這不是錯覺，而是你大腦中那些精妙的身體地圖正在悄悄工作，讓你真正“感同身受”。

這種神經機制不僅讓我們能夠共情他人，更是人類社交、合作乃至文明發展的重要基石。

參考文獻：

Vicarious body maps bridge vision and touch in the human brain. Nature. 2025 Nov 26. doi: 10.1038/s41586-025-09796-0. Online ahead of print.

來源 | 腦機觀察

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