遠(yuǎn)雪霏

(北京大學(xué)心理學(xué)系,北京 100871)

簡述多感覺通道信息整合的研究進(jìn)展

遠(yuǎn)雪霏

(北京大學(xué)心理學(xué)系,北京 100871)

我們每天都在接受來自不同感覺通道的信息，大腦整合這些信息的機(jī)理是近年來認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的熱門課題。在大量行為實驗，神經(jīng)生理學(xué)研究基礎(chǔ)上前人得到了關(guān)于多感覺通道信息整合的許多研究成果。本文將回顧近50年來該領(lǐng)域的主要進(jìn)展，并給出相應(yīng)的評價和見解。

多感覺通道信息 信息整合

1 引言

我們的周圍存在著大量來自不同感覺通道的信息,人腦如何整合這些信息以得到關(guān)于世界一致統(tǒng)一的概念是近年來認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的熱門課題。早在二十世紀(jì)末,研究者就已發(fā)現(xiàn)上丘腦上存在具有多感覺通道信息整合功能的神經(jīng)元[1],并發(fā)現(xiàn)了多感覺通道信息整合的一些基本規(guī)律[2-3]。近十年的研究表明,多感覺通道信息整合不僅僅只在高水平的認(rèn)知腦區(qū)完成,在低水平的初級皮層也會以前饋的方式完成[4],并且在傳統(tǒng)理論中負(fù)責(zé)單感覺通道信息加工的腦區(qū)也可能參與[5]。

本文將回顧近年來多感覺通道信息整合的主要研究成果,包括其特點,主要研究手段,神經(jīng)機(jī)制等,并給出一定的評價和見解。

2 多感覺通道信息整合的特點

多感覺通道信息加工是受注意調(diào)控的。研究表明,動物和人類對多感覺通道聯(lián)合刺激的反應(yīng)會大于單一感覺模塊激活的效應(yīng)疊加[6],而選擇性注意某單一感覺通道信息可以調(diào)控這種效應(yīng)。當(dāng)人把注意集中在視聽覺信息中其中一個通道的信息時,信息加工的聯(lián)合激活就被顯著削弱了[7]。

此外,多感覺通道的信息加工還受個體生理差異和人格特質(zhì)影響。年齡對多感覺通道信息加工就有影響。研究者發(fā)現(xiàn),老年人可能有更強(qiáng)的多感覺通道信息整合[8]。疾病和人格特質(zhì)對多感覺通道的信息加工也有影響。例如,自閉癥兒童比正常兒童有更多的言語視聽覺信息整合障礙,這有可能是他們不能與人進(jìn)行有效的面對面交流的原因[9]。此外,人格特質(zhì)也會影響人對多感覺通道信息的加工。容易恐懼的人在整合信息時容易分配給消極刺激較大的權(quán)重[10]。

3 多感覺通道信息整合的研究方法及手段

多感覺通道信息加工研究有多種方法,包括腦電(EEG),腦磁(MEG),正電子發(fā)射斷層成像(PET),功能性磁共振成像(fMRI)等。PET和fMRI空間分辨率較高,它們能很好地定位多感覺通道信息整合的腦區(qū),但是由于技術(shù)固有的時間分辨率的限制,它們不能揭示出多感覺通道信息交互作用的神經(jīng)通路。另外一些研究是應(yīng)用腦電圖和腦磁圖的手段完成的,研究者可以據(jù)此精確地考察信息整合發(fā)生的時間。如早期整合發(fā)生在刺激呈現(xiàn)后約40-46ms,后期整合約為120-130ms[11]。此外,在ERP實驗中,研究者考察了ERP的峰值在單感覺通道和雙感覺通道下的平均值[12]。但是這類范式的問題在于,研究者檢測的信號往往是全腦各個區(qū)域反應(yīng)的綜合,因此這類研究的結(jié)果解釋往往有其他可能[13]。

4 多感覺通道信息整合的神經(jīng)機(jī)制

上丘腦是多感覺通道信息整合的主要腦區(qū),研究者通過單細(xì)胞記錄的方式發(fā)現(xiàn)在上丘腦發(fā)生的整合可以提高被試對時空上一致的多感覺通道刺激的反應(yīng)強(qiáng)度和速度[14]。這也提高了經(jīng)由上丘腦調(diào)控的行為反應(yīng)的可靠度和準(zhǔn)確率[15]。

此外,早期研究表明,在基底神經(jīng)節(jié)有對多感覺通道信息反應(yīng)的神經(jīng)元[16],這意味著基底神經(jīng)節(jié)可能參與了多感覺通道信息的整合。在進(jìn)一步的研究中,研究者發(fā)現(xiàn)聽覺與軀體感覺信息可以在新紋狀體被整合[17],在尾狀核與黑質(zhì)有能對多感覺通道信息進(jìn)行反應(yīng)的神經(jīng)元,能進(jìn)行類似于上丘腦中的信息整合[18]。

另外,利用fMRI等手段,研究者還發(fā)現(xiàn)了一系列負(fù)責(zé)多感覺通道信息整合的高級聯(lián)合皮層。如Bremmer等人的研究中,發(fā)現(xiàn)了人腦的頂內(nèi)溝和腹側(cè)運(yùn)動前區(qū)對于視覺,聽覺和觸覺通道同時呈現(xiàn)的刺激出現(xiàn)了神經(jīng)活動的增強(qiáng)。研究者指出在頂內(nèi)溝的神經(jīng)活動增強(qiáng)可能意味著它是人在進(jìn)行多模塊運(yùn)動知覺時與獼猴的V I P區(qū)(ventral intraparietal area)相對應(yīng)的區(qū)域[19]。在未來的研究中,這種從動物實驗中定位的腦區(qū)將會繼續(xù)指導(dǎo)研究者在人腦中搜尋對應(yīng)的腦區(qū),以揭示更深入的神經(jīng)機(jī)制。

5 結(jié)語

回首過去近五十年的成果,多感覺通道信息整合的研究大體上遵循了三條主線:一條是以行為實驗結(jié)合fMRI,ERP等技術(shù)來揭示多感覺通道信息整合的神經(jīng)機(jī)制。另一條是在自然生態(tài)環(huán)境下研究信息的整合,所使用的刺激更接近于真實的刺激,如生物運(yùn)動,言語信息等等。第三條主線是根據(jù)已有的實驗數(shù)據(jù)建立合適的數(shù)學(xué)模型,如貝葉斯模型,通過數(shù)據(jù)擬合的程度以及模型的預(yù)測力來修正模型,使信息整合的過程得以量化。

在過去的近五十年中,關(guān)于多感覺通道信息整合的研究有了長足的進(jìn)展,我們對信息整合的特點和機(jī)制有了更深入的了解,這為臨床上一些疾病的診斷和治療提供了幫助。同時,在人工智能,機(jī)器人領(lǐng)域也產(chǎn)生了革命性的影響,可以預(yù)見,該領(lǐng)域的研究不但有廣闊的科研前景,還有巨大的社會效益和商業(yè)價值。

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