精确判断机体自身在空间中的运动状态对于生物体在这个自然环境中的生存至关重要,这是一个涉及多种感知觉信息整合的过程,为此本课题组结合心理物理行为,在体电生理记录和操控,计算模拟等多种技术手段在非人灵长类猕猴上研究大脑是如何通过整合前庭平衡觉与视觉光流信号来提高空间感知的精度。具体来说,我们在实验室里训练猕猴分辨自身运动的前进方向,我们发现对比于单种信息的条件,同时提供视觉和前庭信息能显著地提高猕猴分辨前进方向的精度,并且其提高的程度与贝叶斯统计推理的最优化整合预期相符,表明猕猴和人类均采取类似的策略最大程度地利用多感知觉信息。我们在猕猴做认知决策任务的同时,还同时记录大脑中多个皮层脑区的神经元电活动,或人为地干扰这些电活动(如微电流刺激、药物失活、光遗传操控、电场、超声等),从而建立特定脑区与猕猴空间感知之间的因果关系。目前实验室主要有以下几个研究焦点:

内耳前庭系统的功能

      研究表明,内耳前庭系统除了维持机体平衡与姿势控制外,也在空间定向和定位中发挥着重要作用,尤其是近年来发现前庭信号在大脑皮层中广泛分布,提示这些信号很可能参与空间感知中的高级功能。我们系统地研究前庭信息,从外周耳石器和半规管,到大脑中枢,其时间和空间的神经生理特性,以及如何参与和贡献机体对自身在环境中的感知。

前庭与视觉信息的整合机制

      近年来发现大脑感觉皮层中的多个区域(如背侧视觉通路的MSTdVIP 等)均存在可靠的前庭与视觉运动信号,提示这些信号会发生相互作用。我们通过单电极与多电极阵列记录在这些脑区中,单个神经元和集群神经元对单模态与多模态运动刺激的反应,研究其可能介导猕猴行为层面上多模态感知觉信息整合的神经机制。

多模态感知觉信息决策的神经机制

      在高等动物中,来自感觉皮层的各种感知觉信息往往会进一步传递到更高级的皮层区域,进行感觉-运动的转换,最终优化决策的形成和运动行为的输出。我们在猕猴的后顶叶、前额叶与纹状体等区域记录决策相关神经元对前庭与视觉信息的证据累积过程,研究大脑如何在复杂环境中,有效地整合不同感知觉信息,从而达到趋利避害的目的。

顾 勇 博士

研究组组长;研究员