视觉使灵长类动物能够通过眼球运动而非身体移动来远程感知环境。尽管与视角相关的空间编码在灵长类动物海马体中普遍存在,但其起源以及与标准位置编码之间的确切关系仍未知。
2026年6月3日,中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)毛盾团队在PNAS在线发表题为Simultaneous transformations of view and place coding across reference frames in the macaque brain的研究论文。
该研究通过采用无束缚神经记录、运动捕捉和无线眼动追踪技术,作者研究了在自由探索开放场地的猕猴中,沿顶叶-压后皮质-海马通路上的视角编码与位置编码。作者识别出该通路中自我中心空间编码与异我中心空间编码的互补梯度。压后皮质作为一个关键的中间枢纽,通过增益调节联合编码了自我中心位置与异我中心注视方向。在更下游的海马体中,作者观察到了方向依赖性与方向非依赖性的位置编码。
值得注意的是,与位置选择性相比,视角反应更为普遍,并且明显由注视方向的切换所驱动和调节。最终,作者的研究结果证实,在灵长类动物海马体中,视角编码与位置编码以不同程度动态共存。这些结果进一步揭示,这种复杂的视角表征源于压后皮质内不同空间参考框架。
空间认知涉及获取和利用环境因素知识以确定自身位置、规划前往偏好餐厅的路线以及找到回家路径的心理过程。作者通过第一人称视角理解世界,通过自身运动从一个地点移动到另一个地点;所有这些自我中心输入(以自身为中心,并相对于主体定义)塑造了作者对外部世界的感知。
为了形成关于世界的知识,作者的大脑需要从自我中心信息中提取出独立于自身且持久的抽象异中心表征。在不同物种的大脑中均已发现自我中心编码和异中心空间编码。理论框架进一步提出了这两种参考框架之间的转换机制。
异中心位置编码已在多个物种的海马体(HPC)中得到充分证实。基于虚拟现实的灵长类研究也报告了位置选择性,但这种选择性常与视角相关活动相混淆。这一推测得到新兴研究的支持,这些研究在自由运动的灵长类动物中发现了空间视角响应。
这些异中心响应编码了动物在环境因素中注视的位置,这与灵长类海马体专门用于视觉场景记忆的功能相一致。此外,该功能使灵长类动物能够在无身体运动的情况下,利用远处地标进行自我定位和方向判断。然而,视角编码与位置编码之间的关系尚不明确。空间视角表征的形成机制也有待进一步研究。
图1.沿PPC-RSC-HPC通路的自中心和非中心空间编码的对立梯度(摘自PNAS)
异中心视角和位置编码可能源于信息处理的层级阶段,其中后顶叶皮层(PPC)承载着自我中心多感官编码,而压后皮层(RSC)则执行自我中心框架与异中心框架之间的转换。自我中心视觉信息通过PPC内的增益调节,从眼坐标转换为头坐标和身体坐标。
这些自我中心编码随后在到达海马体之前经由RSC传递。类似的增益调节原理可应用于RSC,以将自我中心编码转换为异中心编码,即自我中心感受野受到方向的增益调节。例如,可以将自我中心方位角与异中心朝向相结合,以计算相对于某一地标的异中心方位角。
实际上,RSC在场景图像刺激下,以及当受试者需要从不同视角将自身定位于更广阔环境因素中时尤为活跃。重新定向通过物理或心理视角转换促进这一转换过程。值得注意的是,注视方向可能在这些功能中发挥关键作用。在灵长类动物中,注意力可通过改变注视方向重新定向。
本研究探讨了在自由导航的猕猴中,视角和位置相关表征如何沿PPC-RSC-HPC通路分布和转换,旨在整合不同物种间空间认知神经机制的理解。
参考消息:https://doi.org/10.1073/pnas.2530923123
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