人們聽見遠(yuǎn)處傳來的腳步聲，余光瞥見晃動(dòng)的身影，即知有人迎面而來。無論是見其人還是聞其聲，人類都能夠敏銳捕捉到生物運(yùn)動(dòng)信號(hào)。視聽信號(hào)的同步出現(xiàn)更是促進(jìn)了人們對生物運(yùn)動(dòng)的探測和感知。這種促進(jìn)效應(yīng)要求人腦協(xié)調(diào)不同感官接收生物運(yùn)動(dòng)信息，并利用自然的視聽對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行多感覺整合，從而產(chǎn)生一定的知覺增益。
近期，中國科學(xué)院心理研究所研究員蔣毅團(tuán)隊(duì)組借助腦電技術(shù)揭示了上述過程背后的動(dòng)態(tài)神經(jīng)振蕩編碼機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了生物運(yùn)動(dòng)信息的視聽整合包含精密的腦波“協(xié)奏”。在前期研究的基礎(chǔ)上，該研究考察了節(jié)律結(jié)構(gòu)的神經(jīng)追蹤在生物運(yùn)動(dòng)多感覺加工中的作用與機(jī)制。
實(shí)驗(yàn)對比了人類在加工視覺、聽覺、視聽生物運(yùn)動(dòng)信息時(shí)的腦活動(dòng)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在視聽雙通道條件下，大腦皮層中的神經(jīng)活動(dòng)能夠追蹤人類行走運(yùn)動(dòng)中的層級(jí)節(jié)律結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為步態(tài)周期頻率和腳步周期頻率上神經(jīng)振蕩能量的增強(qiáng)。同時(shí)，在兩種頻率上，視聽條件下的神經(jīng)追蹤效應(yīng)均大于單通道條件，產(chǎn)生了多感覺增益效應(yīng)。不同頻率上的皮層追蹤效應(yīng)表現(xiàn)出不同的多感覺整合模式：在步態(tài)周期頻率上表現(xiàn)為超加式整合，而在腳步周期頻率上表現(xiàn)為加和式整合。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，上述效應(yīng)在不同運(yùn)動(dòng)速度的生物運(yùn)動(dòng)刺激上可穩(wěn)定出現(xiàn)。不同于線性加和，超加式整合反映視覺和聽覺信號(hào)的協(xié)同交互，或通過增強(qiáng)神經(jīng)激活帶來信息加工的增益，提示兩種層級(jí)的神經(jīng)追蹤效應(yīng)或在功能上存在差異。
進(jìn)一步，實(shí)驗(yàn)通過納入倒立的生物運(yùn)動(dòng)刺激作為控制，分離了上述不同層級(jí)的神經(jīng)追蹤效應(yīng)在生物運(yùn)動(dòng)特異性與一般性的視聽整合過程中的作用。研究對比正立和倒立條件下的視聽整合效應(yīng)發(fā)現(xiàn)，在步態(tài)周期頻率上，正立條件下的視聽一致性效應(yīng)強(qiáng)于倒立條件，說明較寬時(shí)間尺度下的皮層追蹤參與特異于自然生物運(yùn)動(dòng)線索的視聽整合；而在腳步周期頻率上，正立和倒立條件均觀察到視聽一致性效應(yīng)，但二者無顯著差異，意味著較窄時(shí)間尺度下的皮層追蹤反映領(lǐng)域通用的視聽整合過程。同時(shí)，由于生物運(yùn)動(dòng)的多感覺整合能力損傷與自閉癥等社會(huì)認(rèn)知障礙相關(guān)，實(shí)驗(yàn)探討了生物運(yùn)動(dòng)視聽整合的神經(jīng)編碼與自閉特質(zhì)之間的潛在關(guān)聯(lián)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，步態(tài)周期的皮層追蹤效應(yīng)與個(gè)體的自閉癥特質(zhì)相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，不同模態(tài)、不同時(shí)間尺度的皮層追蹤以各異的模式協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了生物運(yùn)動(dòng)特異性和領(lǐng)域一般性的多感覺加工。多模態(tài)生物運(yùn)動(dòng)皮層追蹤與自閉特質(zhì)相關(guān)，提示探究其作為自閉癥早期神經(jīng)標(biāo)志的可能性，有望為認(rèn)知障礙疾患的早期診斷與干預(yù)提供潛在的客觀指標(biāo)。
上述研究及系列前期工作，從單通道到多通道、從行為到神經(jīng)層面，闡明了多感覺生物運(yùn)動(dòng)信息加工的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制，揭示了不同層級(jí)皮層追蹤對應(yīng)的潛在認(rèn)知功能差異。這些發(fā)現(xiàn)為探討其他具有層級(jí)節(jié)律特征的自然刺激如語言、音樂的多感覺加工提供了啟示。同時(shí)，結(jié)合團(tuán)隊(duì)關(guān)于節(jié)律信息調(diào)控視覺注意和意識(shí)的成果，該研究揭示了人腦自發(fā)利用層級(jí)時(shí)間結(jié)構(gòu)優(yōu)化信息加工、適應(yīng)動(dòng)態(tài)環(huán)境的普遍規(guī)律，為發(fā)展新型神經(jīng)調(diào)控技術(shù)提供了理論依據(jù)。
相關(guān)研究成果在線發(fā)表在eLife上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部、中國科學(xué)院和中國博士后科學(xué)基金會(huì)等的支持。
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研究發(fā)現(xiàn)多層級(jí)神經(jīng)追蹤協(xié)同實(shí)現(xiàn)生物運(yùn)動(dòng)視聽整合
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