Nat Comm | 人類LO神經元如何決定“我看見什么”

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

認知神經科學前沿文獻分享

基本信息：

Title:Single-neuron correlates of visual consciousness in human lateral occipital complex

發表時間：2025.12.15

Journal:Nature Communications

影響因子：15.7

獲取原文：

1. 添加小助手:PSY-Brain-Frontier即可獲取PDF版本

引言

我們每天都在“看”：手機彈窗一閃而過、地鐵里廣告牌被余光捕捉、開車時行人從車縫里突然出現

但并不是所有進入眼睛的圖像都會進入“我知道我看見了”的狀態，這就是視覺意識（visual consciousness）的核心難題。

傳統腦成像（fMRI/EEG/MEG）能看到大范圍活動，卻難回答更尖銳的問題：到底哪些單個神經元（single neuron）在意識出現時改變了放電？它們更像是在反映外界刺激，還是在“站隊”主觀體驗？

在人類中，單神經元記錄多發生在內側顳葉（MTL, medial temporal lobe）等深部結構，而位于大腦外側凸面的視覺物體加工關鍵區——外側枕葉復合體（LOC, lateral occipital complex）幾乎沒有這類證據。因此，這篇研究把電極陣列直接放到人類外側枕葉皮層（LO, lateral occipital cortex），并用三種經典“刺激在、意識可變”的范式——后向掩蔽（backward masking）、閃光抑制（flash suppression）和雙眼競爭（binocular rivalry）——去拆分“物理輸入”和“主觀看見”。

作者想解決的是：當同樣的圖像有時被看見、有時被抑制時，LO神經元群體是否會系統性地隨意識改變？這種改變出現得有多早、是否能預測即將到來的主觀翻轉？

實驗設計與方法邏輯

研究在4名神經外科患者的LO植入5個微電極陣列（microelectrode arrays/Utah arrays），記錄單單位/多單位放電（single-unit, multi-unit activity），先用局部刺激任務刻畫各陣列的選擇性與反應潛伏期（Fig.1），再在后向掩蔽、閃光抑制與雙眼競爭三范式中，將試次按“看見/未看見”或“主觀占優內容”分組，訓練線性解碼器（linear decoder，如logistic regression）對類別與內容進行時間分辨預測，并用置換檢驗評估顯著性，從而直接比較“物理呈現相同但意識不同”時LO群體編碼的走向。

Fig. 2 | Experimental paradigms. A Eye dominance testing via breakage of Continuous Flash Suppression (b-CFS).

核心發現

發現一：先確認“這里真在處理物體”——LO陣列具備快速視覺選擇性（Fig.1）

作者先做LOC/LO的“功能體檢”：5個陣列均對非擾亂圖（non-scrambled）反應更強，并量化了區分度d′（d-prime）與反應潛伏期；不同陣列在選擇性強弱與起始時間上呈異質性（Fig.1B/C），提示同屬LO但功能分區不同，為后續“意識效應”解釋提供了必要前提：

不是隨便一個皮層點，而是確實具備形狀/類別加工能力的LO記錄點。

Fig. 1 | Multielectrode array recording sites and stimulus selectivity for each array.

發現二：后向掩蔽中，“看見”顯著抬升LO編碼強度，并可早于經典選擇性時間窗（Fig.3）

在后向掩蔽（Fig.2B）里，目標刺激僅呈現16 ms、隨后被Mondrian掩蔽；作者把試次按“被正確報告=看見”分組，發現解碼準確率與放電強度在“看見”條件下明顯更高（Fig.3A–C）。更關鍵的是，他們用“signal loss”量化看見/未看見的反應差異：某些陣列中“看見”帶來的增強可早至約95 ms出現，甚至快于該陣列的類別選擇性潛伏期，說明LO在意識進入階段可能已發生可檢測的群體編碼分叉。

Fig. 3 | Backward masking.

發現三：閃光抑制下，多數神經元與解碼器“站在體驗一邊”，但確有“不同步”的亞群（Fig.5）

閃光抑制（flash suppression）把兩幅自然圖像（如face/place）以雙眼分離方式呈現，并在關鍵階段誘發主觀內容從一幅切換到另一幅（Fig.2C）。作者用線性解碼器給出“當下更像face還是place”的概率軌跡：在相同的雙眼呈現期，解碼器對被主觀感知的那一幅分配更高概率（Fig.5B），而單神經元層面也呈現“隨感知升降”的群體趨勢；但研究同時指出存在一部分神經元不隨主觀內容調制，提示LO并非全體一致“跟隨意識”，而是由可被意識調制的子群主導群體讀出。

Fig. 5 | Flash suppression: linear decoder.

發現四：雙眼競爭中，LO不僅反映“你現在看見什么”，還能提前約1.5秒“預告”即將翻轉（Fig.6/7）

在雙眼競爭（binocular rivalry）里，兩眼各看不同圖像，主觀體驗在二者間自發交替。作者將解碼器輸出對齊到受試者按鍵報告的“感知改變”時刻：在多個陣列中，解碼器在按鍵前約1500 ms就已顯著偏向即將占優的內容（Fig.6B/C），顯示LO群體活動與主觀現象（phenomenology）高度耦合且具有預測性。此外，Fig.7進一步顯示：若只按“哪只眼呈現face”分組，差異并不穩定；但按“首先被感知的是face還是place”分組后，解碼概率差異更清晰，強調解釋雙眼競爭神經信號時，主觀感知比物理輸入更關鍵。

Fig. 6 | Binocular rivalry.

Fig. 7 | Binocular rivalry: decoder face probability in relation to stimulus phenomenology and perception.

歸納總結和點評

這項工作把人類視覺意識研究從“宏觀相關”（EEG/fMRI的總體電位與激活）推進到“單神經元與群體讀出”層面：在LO這個經典物體識別樞紐區，作者用三種范式一致地證明——當物理刺激與主觀感知被解耦時，LO群體活動更傾向于對齊主觀體驗；尤其在雙眼競爭中，LO信號能在報告前約1.5秒出現可讀出的偏向，為理解意識內容的動態生成提供了難得的時間分辨證據。

更可貴的是，作者沒有把LO神化為“意識起點”，而是謹慎討論其可能處在更大網絡的關鍵環節：既能反映內容，又可能參與翻轉前的準備態，這種克制讓結論更可信。總體而言，這是一次技術稀缺、范式嚴謹、結論穩健的人類單神經元意識研究。

AI一句話銳評

把電極插進LO之后你會發現：決定“我看見什么”的，不只是光落在視網膜上，而是LO神經元群體對主觀體驗的集體投票。

請打分

這篇剛剛登上Nature Communications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，并在評論區分享您的深度見解。

前沿交流|歡迎加入認知神經科學前沿交流群！

核心圖表、方法細節、統計結果與討論見原文及其拓展數據。

分享人：BQ

審核：PsyBrain 腦心前沿編輯部