Nature實錘：看著都疼是真的！視覺皮層里藏著第二套觸覺小人

PsyBrain 腦心前沿 | 公眾號 PSY-Brain_Frontier

一鍵關注，點亮星標 ??

不錯過每日前沿資訊

認知神經(jīng)科學前沿文獻分享

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

獲取原文：

1. 添加小助手:PSY-Brain-Frontier即可獲取PDF版本

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)同構建對世界的認知。心理學與神經(jīng)影像學的證據(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，關鍵在于揭示大腦是如何利用拓撲映射（Topographic 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雜且精細的映射關系。為了突破這一限制，本研究旨在解決一個核心科學問題：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，而是設計了一套基于連通性的預測模型。首先，作者利用靜息態(tài)fMRI數(shù)據(jù)訓練模型，假設如果大腦某區(qū)域（目標區(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)絡拓撲結構。隨后，作者將這一模型應用于自然視頻觀看任務（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動體感映射，那么在觀看視頻時，視覺皮層中的體素應該表現(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)的梯度結構，并將其與獨立的視覺映射（視網(wǎng)膜拓撲）和語義映射（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

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確預測大腦廣泛區(qū)域的活動。這揭示了一個內(nèi)源性的體感拓撲網(wǎng)絡，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：視覺輸入驅動了視覺皮層的體感映射

在觀看視頻時，體感拓撲連接的強度顯著增加，尤其是在背外側視覺皮層（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)精細的“小人”圖

作者在背外側視覺皮層中不僅發(fā)現(xiàn)了體感激活，還識別出了多個有序的體感拓撲梯度。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聯(lián)（如上視野對應上身/手操作空間），這支持了“行動導向”的視覺處理。

2. 腹側流（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。

省流總結

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、詳細的“替代性身體地圖（Vicarious body maps）”。這些地圖位于背外側視覺皮層，其組織方式與初級體感皮層（S1）的“小人（Homunculus）”結構高度一致。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)解剖學基礎。

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，首次在背外側視覺皮層精細描繪了“替代性身體地圖”，揭示了視空間與語義對齊的雙重機制，有力支持了具身認知理論。但主要結果基于fMRI功能相關性，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。

請打分

這篇剛剛登上Nature的研究，是否實至名歸？我們邀請您作為“云審稿人”，一同品鑒。精讀全文后，歡迎在匿名投票中打分，并在評論區(qū)分享您的深度見解。

前沿交流|歡迎加入認知神經(jīng)科學前沿交流群！

核心圖表、方法細節(jié)、統(tǒng)計結果與討論見原文及其拓展數(shù)據(jù)。

分享人：天天、BQ

審核：PsyBrain 腦心前沿編輯部