聽(tīng)聲音的腦區(qū)，居然也能看東西！科學(xué)家揭示視覺(jué)誘發(fā)活動(dòng)在聽(tīng)覺(jué)皮層的感覺(jué)起源機(jī)制

我們的大腦有專(zhuān)門(mén)處理不同感覺(jué)的區(qū)域，比如聽(tīng)覺(jué)皮層負(fù)責(zé)“聽(tīng)聲音”，視覺(jué)皮層負(fù)責(zé)“看東西”。但科學(xué)家早就發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇怪的現(xiàn)象：當(dāng)小鼠（甚至人）看到畫(huà)面時(shí)聽(tīng)覺(jué)皮層也會(huì)被激活。這讓人困惑：難道聽(tīng)覺(jué)皮層真的能“看見(jiàn)”？還是說(shuō)這種反應(yīng)其實(shí)是因?yàn)閯?dòng)物在看東西時(shí)動(dòng)了臉、轉(zhuǎn)了頭，而這些動(dòng)作騙了聽(tīng)覺(jué)皮層？

基于此，2025年11月22日，加州大學(xué)Andrea Hasenstaub研究團(tuán)隊(duì)在Cell Reports雜志發(fā)表了“Sensory origin of visually evoked activity in auditory cortex”揭示了視覺(jué)誘發(fā)活動(dòng)在聽(tīng)覺(jué)皮層中的感覺(jué)起源。

作者檢測(cè)了清醒小鼠在視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)刺激以及自發(fā)活動(dòng)期間其初級(jí)聽(tīng)覺(jué)皮層（A1）和初級(jí)視覺(jué)皮層（V1）的神經(jīng)活動(dòng)及其伴隨的面部運(yùn)動(dòng)。作者發(fā)現(xiàn)：視覺(jué)刺激很少誘發(fā)面部運(yùn)動(dòng)；即使在沒(méi)有面部運(yùn)動(dòng)的情況下A1對(duì)視覺(jué)輸入的反應(yīng)依然穩(wěn)健；而通過(guò)光遺傳學(xué)抑制V1則會(huì)減弱A1對(duì)視覺(jué)刺激的反應(yīng)。綜合來(lái)看，這些結(jié)果證實(shí)：聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)中的跨模態(tài)反應(yīng)主要源于感覺(jué)輸入本身，而非由動(dòng)物行為狀態(tài)（如面部運(yùn)動(dòng)）所驅(qū)動(dòng)。

圖一 視覺(jué)刺激比聽(tīng)覺(jué)刺激更不容易引發(fā)面部運(yùn)動(dòng)

研究人員首先探究視覺(jué)刺激是否像聲音一樣容易引發(fā)小鼠的面部運(yùn)動(dòng)。他們?cè)谇逍研∈笾薪惶娌シ艅?dòng)態(tài)視覺(jué)噪聲影片和重復(fù)的聲音噪聲，每次間隔4–8秒，并用Facemap軟件量化面部動(dòng)作，該軟件通過(guò)主成分分析捕捉面部運(yùn)動(dòng)的主要模式。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，視覺(jué)刺激很少引起面部反應(yīng)，而聽(tīng)覺(jué)刺激則頻繁觸發(fā)。具體來(lái)說(shuō)，只有約16.5%的視覺(jué)試次出現(xiàn)明顯面部運(yùn)動(dòng)（定義為刺激后500毫秒內(nèi)運(yùn)動(dòng)幅度超過(guò)基線(xiàn)2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差），而聽(tīng)覺(jué)試次這一比例高達(dá)58.0%。一旦發(fā)生，兩類(lèi)刺激引發(fā)的面部運(yùn)動(dòng)幅度相似。

腦聲常談建立了多個(gè)《動(dòng)物模型構(gòu)建與行為評(píng)估》交流群，群內(nèi)分享各種經(jīng)典和前沿的行為范式，共同交流解決動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中遇到的棘手問(wèn)題，避坑少走彎路！有需要的老師可以?huà)叽a添加微信進(jìn)入討論群！

作者還通過(guò)不同主成分、不同刺激類(lèi)型和分析方法進(jìn)行了多項(xiàng)驗(yàn)證，結(jié)果一致：相比聲音，視覺(jué)刺激誘發(fā)面部運(yùn)動(dòng)的可能性顯著更低。

圖二 聽(tīng)覺(jué)皮層的跨模態(tài)反應(yīng)并非面部運(yùn)動(dòng)所致

盡管視覺(jué)刺激很少引發(fā)面部運(yùn)動(dòng)，但作者仍想探究：這些微弱的面部動(dòng)作是否“偽裝”成了聽(tīng)覺(jué)皮層對(duì)視覺(jué)的反應(yīng)。為此，他們?cè)谟涗浨逍研∈蟪跫?jí)聽(tīng)覺(jué)皮層（A1）神經(jīng)活動(dòng)的同時(shí)，同步監(jiān)測(cè)其面部運(yùn)動(dòng)。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，約8%的A1神經(jīng)元確實(shí)對(duì)視覺(jué)刺激有反應(yīng)（多位于深層），但絕大多數(shù)（79%）的視覺(jué)反應(yīng)與面部運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。雖然在整體數(shù)據(jù)中，有面部運(yùn)動(dòng)的試次放電略高，但這主要是由少數(shù)（21%）神經(jīng)元驅(qū)動(dòng)的并非普遍現(xiàn)象。

作者通過(guò)多種方法反復(fù)驗(yàn)證：更換面部運(yùn)動(dòng)指標(biāo)、調(diào)整分析參數(shù)、限定神經(jīng)元類(lèi)型或記錄位置，結(jié)果一致：聽(tīng)覺(jué)皮層對(duì)視覺(jué)刺激的反應(yīng)主要源于視覺(jué)本身，而非伴隨的面部動(dòng)作。進(jìn)一步建模也顯示，視覺(jué)刺激對(duì)神經(jīng)活動(dòng)的解釋力遠(yuǎn)強(qiáng)于面部運(yùn)動(dòng)。

圖三 聽(tīng)覺(jué)皮層的視覺(jué)反應(yīng)源于真實(shí)視覺(jué)輸入

為了最終確認(rèn)聽(tīng)覺(jué)皮層對(duì)視覺(jué)刺激的反應(yīng)是真的“看到”了，而不是因?yàn)閯?dòng)物動(dòng)了或狀態(tài)改變，研究人員用光遺傳技術(shù)“關(guān)掉”了小鼠的初級(jí)視覺(jué)皮層（V1），這是大腦處理視覺(jué)信息的第一站，幾乎所有視覺(jué)信號(hào)都要經(jīng)過(guò)這里。

在特定轉(zhuǎn)基因小鼠中，藍(lán)光照射能有效抑制V1中主要的興奮性神經(jīng)元從而阻斷視覺(jué)信息向外傳遞。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：一旦V1被關(guān)閉，聽(tīng)覺(jué)皮層對(duì)視覺(jué)刺激的反應(yīng)就明顯減弱。而在沒(méi)有這種光敏蛋白的小鼠中，藍(lán)光則毫無(wú)影響，排除了光照本身或其他非特異性因素的干擾。

這說(shuō)明：聽(tīng)覺(jué)皮層中的視覺(jué)反應(yīng)確實(shí)來(lái)自真實(shí)的視覺(jué)輸入，而不是面部動(dòng)作或行為狀態(tài)造成的假象。

圖四 全文摘要圖

總結(jié)

這項(xiàng)研究的意義在于：首次明確證實(shí)聽(tīng)覺(jué)皮層中由視覺(jué)刺激引發(fā)的神經(jīng)活動(dòng)并非源于動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)或行為狀態(tài)（如面部動(dòng)作），而是直接來(lái)自真實(shí)的視覺(jué)感覺(jué)輸入。通過(guò)結(jié)合面部運(yùn)動(dòng)追蹤、多變量分析和光遺傳學(xué)抑制V1，揭示了跨模態(tài)感覺(jué)整合的真正神經(jīng)基礎(chǔ)。這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了以往認(rèn)為此類(lèi)跨模態(tài)反應(yīng)可能只是行為副產(chǎn)物的觀點(diǎn)，支持大腦皮層（包括傳統(tǒng)“單模態(tài)”區(qū)域如聽(tīng)覺(jué)皮層）具有內(nèi)在的多感官處理能力。它不僅深化了我們對(duì)感覺(jué)系統(tǒng)交互機(jī)制的理解，也為研究自閉癥、精神分裂癥等涉及感覺(jué)整合異常的神經(jīng)精神疾病提供了新思路，并強(qiáng)調(diào)在神經(jīng)科學(xué)研究中需嚴(yán)格區(qū)分感覺(jué)驅(qū)動(dòng)與行為相關(guān)信號(hào)。

文章來(lái)源

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2025.116364

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