《Nature Communications》：Aligned representation of visual and tactile motion directions in hMT+/V5 and fronto-parietal regions
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本研究探讨了一个关键问题：大脑如何将最初在不同坐标系（视觉的视网膜坐标系和触觉的躯体坐标系）中获取的多感觉运动方向信息，整合为一个统一的空间表征。为此，研究人员通过功能磁共振成像（fMRI）技术，研究了人脑hMT+/V5（人类中颞复合体）及额顶叶区域在不同手部姿态下对视觉和触觉运动方向的编码。研究发现，右侧hMT+/V5能以外部空间参考框架编码触觉运动方向，并与视觉运动方向的表征对齐。这种对齐的表征也延伸至顶叶和额叶区域。这项研究揭示了一个涉及右侧hMT+/V5和额顶叶区域的网络，该网络使用共同的外部空间参考框架来编码视觉和触觉的运动方向，这对于理解大脑实现多感觉整合以形成对动态世界稳定感知的神经机制具有重要意义。
想象一只蚊子在你的手臂上爬行，你会本能地想拍打它。这个看似简单的动作背后，隐藏着大脑面临的一个非凡的计算挑战：它必须整合来自多种感觉通道（如视觉和触觉）的运动方向信息。这个计算尤为复杂，因为感觉信号最初是在不同的参考框架中编码的——视觉基于视网膜定位，而触觉基于躯体定位，并且感觉器官（眼睛和四肢）本身也在空间中不断移动。为了应对这个挑战，大脑必须参与一个重新格式化的过程，即将信号从一个模态重新映射到另一个模态的参考框架中，或者将两者都转换到一个超越其原始地形组织的共享参考框架中。行为证据表明，双向跨模态运动后效（其中运动适应在视觉和触觉之间转移）表明，运动处理确实依赖于跨模态的共享表征。然而，一个关键问题仍然存在：大脑的哪些区域承载了这些对齐的运动表征？发表在《Nature Communications》上的这项研究，为我们揭示了其中的神经机制。
研究人员主要运用了功能磁共振成像（fMRI）技术，结合了独立的功能定位实验和多变量模式分析（MVPA）。他们首先通过独立的视觉和触觉运动定位器，分别个体化地定义了双侧hMT+/V5和左侧初级体感皮层（S1）等对运动刺激敏感的功能感兴趣区（fROI）。在核心实验中，他们向受试者呈现视觉和触觉的运动方向刺激，并通过改变手部姿态（手掌向上和手掌向下）来系统性地操纵触觉运动方向的感知轴，从而区分躯体参考框架和外部空间参考框架的编码。此外，他们使用了MT/MST视觉运动定位器来进一步细分hMT+/V5区域。全脑搜索光解码分析用于探索超出预设感兴趣区的相关大脑网络。样本来自20名健康的右利手受试者。
结果
功能定位器结果
研究首先通过单变量分析确认，传统上被认为专属于视觉的hMT+/V5区域，也对触觉运动刺激表现出偏好性激活。具体来说，双侧hMT+/V5（特别是右侧约42.55%的体素）对触觉运动和视觉运动都有显著高于静态刺激的响应。而初级体感皮层（S1）则只对触觉运动有选择性。此外，在个体水平上进一步细分出的MT和MST亚区，也均显示出触觉运动选择性。
感兴趣区（fROI）内的多变量模式分析（MVPA）结果
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单模态解码：在双侧hMT+/V5中可以成功解码视觉运动方向（水平 vs. 垂直）。对于触觉运动方向，左侧S1能对两种参考框架（躯体参考框架和外部参考框架）进行解码，但对躯体参考框架的解码更强。左侧hMT+/V5能解码两种参考框架，但无显著差异。关键发现是，右侧hMT+/V5能解码外部参考框架下的触觉运动方向，但不能解码躯体参考框架下的方向。
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多维标度（MDS）：可视化分析进一步支持了上述结果。在右侧hMT+/V5中，外部定义的触觉运动方向在表征空间中分离得更开，而在左侧S1和左侧hMT+/V5中，躯体定义的触觉方向分离得更开。
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跨模态解码：这是研究的核心发现。仅在触觉运动方向被定义为外部参考框架时，才能在右侧hMT+/V5中成功进行视觉与触觉运动方向之间的跨模态解码。当触觉方向定义为躯体参考框架时，没有观察到显著的跨模态解码。这表明，视觉和触觉运动方向的表征在右侧hMT+/V5中是对齐的，但前提是触觉信号已经被重映射到一个外部空间中。类似的趋势在右侧MT和MST亚区中也存在。
搜索光解码分析结果
全脑分析扩展了上述发现。当触觉运动方向定义为外部参考框架时，跨模态解码揭示了一个涉及右侧hMT+/V5、右侧后顶叶皮层（包括LIPv、LIPd、MIP和VIP等区域）以及右侧额叶区域（包含额眼区和前运动皮层）的网络。这表明右侧hMT+/V5是更广泛额顶叶网络的一部分，该网络共同支持跨感觉模态的运动方向对齐。
讨论与结论
这项研究证实，hMT+/V5不仅处理视觉运动，也表征触觉运动。更重要的是，研究发现右侧hMT+/V5以外部空间（而非躯体）参考框架来编码触觉运动方向，并且这种表征与视觉运动方向的表征对齐。这种对齐的表征使得大脑能够整合来自不同感觉通道的运动信息，形成对运动事件统一、稳定的感知，而不受身体姿态变化（如手部转动）的影响。
研究还发现，这种对齐的表征是部分的，而非完全抽象的。尽管跨模态解码成功，但解码感觉模态本身（判断是视觉还是触觉刺激）的准确率仍然很高，说明神经模式在跨感觉间并非完全相同，hMT+/V5并未完全脱离输入的感觉通道。
此外，研究揭示了右侧半球在此过程中的优势作用。尽管双侧hMT+/V5都参与触觉外部参考框架的编码，但只有右侧hMT+/V5表现出显著的视觉-触觉运动方向对齐，这与已知的右半球在空间注意和多感觉整合中的主导作用一致。结合先前关于听觉-视觉运动方向对齐也在右侧hMT+/V5中被发现的研究，本研究表明右侧hMT+/V5可能是一个多感觉运动枢纽，负责整合视觉、听觉和触觉的运动信息。
这项研究具有重要的意义。它首次揭示了hMT+/V5在跨感觉坐标转换和整合中的具体作用机制，即通过将触觉信号从躯体坐标系转换到外部坐标系，从而实现与视觉信号的对齐。这为理解大脑如何构建一个统一、稳定的多感觉世界感知提供了关键的神经证据。所揭示的涉及hMT+/V5和额顶叶区域的网络，为未来研究任务依赖的、灵活的多感觉参考框架对齐机制，以及探索生物和人工神经系统中跨感觉坐标转换的计算原理开辟了新的方向。
