腦機(jī)啟偵 | 靈長(zhǎng)類(lèi)視覺(jué)大腦應(yīng)對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的“換擋”機(jī)制（03.23）

2026年3月，中國(guó)研究組在《Cell Reports》發(fā)表題為《De novo Fast Motion Computation in the Primate Visual Cortex》的最新研究論文。該研究揭示了靈長(zhǎng)類(lèi)背側(cè)視覺(jué)通路處理快慢運(yùn)動(dòng)速度的簡(jiǎn)約機(jī)制，為理解運(yùn)動(dòng)速度在大腦中的計(jì)算原理提供了創(chuàng)新理論框架。

運(yùn)動(dòng)信息是在靈長(zhǎng)類(lèi)背側(cè)視覺(jué)通路中三個(gè)連續(xù)腦區(qū)，初級(jí)視覺(jué)皮層V1，中顳皮層MT，和內(nèi)側(cè)上顳皮層MST中逐級(jí)處理的（圖A），其中V1運(yùn)動(dòng)檢測(cè)神經(jīng)元的時(shí)空感受野最小，MT次之，而MST最大，與之對(duì)應(yīng)，V1偏好編碼低速運(yùn)動(dòng)，MT偏好中速，而MST負(fù)責(zé)處理高速運(yùn)動(dòng)（圖B）。

靈長(zhǎng)類(lèi)背側(cè)視覺(jué)通路處理快慢運(yùn)動(dòng)速度的腦神經(jīng)機(jī)制

（A）靈長(zhǎng)類(lèi)背側(cè)運(yùn)動(dòng)視覺(jué)通路

（B）運(yùn)動(dòng)檢測(cè)神經(jīng)元時(shí)空感受野的大小與編碼運(yùn)動(dòng)速度的快慢正相關(guān)

運(yùn)動(dòng)速度由運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速率定義。基于靈長(zhǎng)類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)等級(jí)化的組織結(jié)構(gòu)，過(guò)往視覺(jué)科學(xué)家們提出了一個(gè)主流經(jīng)典理論，高級(jí)腦區(qū)MT/MST通過(guò)繼承V1神經(jīng)元的方向選擇性，從而編碼高速運(yùn)動(dòng)。

但是馬路上每小時(shí)20公里的機(jī)動(dòng)車(chē)速度，就超過(guò)了V1甄別物體運(yùn)動(dòng)方向的能力，換句話(huà)說(shuō)，每小時(shí)20公里幾乎是V1的速度處理極限。因此，視覺(jué)科學(xué)一個(gè)長(zhǎng)期未解的核心矛盾是，既然V1神經(jīng)元編碼速度的能力有限，那么高級(jí)腦區(qū)MT和MST又是如何完成中高速運(yùn)動(dòng)信息處理的呢？

為回答這一重大基礎(chǔ)問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)記錄了清醒獼猴四個(gè)連續(xù)腦區(qū)，LGN、V1、MT和MST中的神經(jīng)元對(duì)0到180公里/小時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度的反應(yīng)（圖C），并通過(guò)建立多腦區(qū)級(jí)聯(lián)時(shí)空能量整合計(jì)算模型（圖D），成功模擬了四個(gè)腦區(qū)實(shí)驗(yàn)記錄到的神經(jīng)元速度調(diào)制反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，如同機(jī)動(dòng)車(chē)切換速度的換擋，高級(jí)腦區(qū)MT和MST神經(jīng)元編碼高速運(yùn)動(dòng)，是通過(guò)它們各自更大尺度的感受野時(shí)空整合機(jī)制獨(dú)立完成的，而非從V1繼承來(lái)的，這一創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)直接推翻了主流的視覺(jué)特性繼承理論假說(shuō)。

（C）靈長(zhǎng)類(lèi)背側(cè)運(yùn)動(dòng)視覺(jué)通路編碼快慢速度的換擋機(jī)制

（D）多腦區(qū)級(jí)聯(lián)時(shí)空能量整合計(jì)算模型框架

該研究同時(shí)也揭示，對(duì)于所有視覺(jué)動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)神經(jīng)元而言，視覺(jué)運(yùn)動(dòng)處理的本質(zhì)都是對(duì)運(yùn)動(dòng)物體在視網(wǎng)膜或視皮層引起的拓?fù)淇臻g位置隨時(shí)間變化的檢測(cè)與計(jì)算，驗(yàn)證了自然界簡(jiǎn)約法則——最簡(jiǎn)單的解決方案往往是最合理的。這一原則可以追溯到公元前300年亞里士多德的名言：“自然以最簡(jiǎn)約的方式運(yùn)作”。

這項(xiàng)研究也為其他物種的視覺(jué)運(yùn)動(dòng)處理和類(lèi)腦視覺(jué)計(jì)算研究提供了重要啟示和借鑒。

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