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标题: 生理所等显现重力情况塑造人类生物运动知觉 [打印本页]

作者: 尽千帆 时间: 2022-8-25 12:50
标题: 生理所等显现重力情况塑造人类生物运动知觉
泉源：【中国科学院】
两百多万年前，人类的先人诞生于地球，历经漫长的演化，顺应地球情况，繁衍生息。然而，人类探索的脚步从未停息。随着载人航天技能的发展，人类文明正从地球走向太空，对众多宇宙的探索从科幻小说走向了现实。
比年来，中国载人航天科技取得了长足希望。有朝一日，星际观光或成为大概。而在此之前，分析脱离地球情况对人的生理及脑认知功能的影响，进而资助人们更好地顺应太空情况，是科学家必要办理的焦点题目。在太空中，受失重影响，包罗肌肉、骨骼、心血管在内的生理体系会发生显着改变，以往研究在此方面已累积了较多结果。相比之下，失重对人类的认知加工以及脑功能产生的影响在很大水平上还是未知。
中国科学院生理研究所脑与认知科学国家重点实验室蒋毅研究组与中国航天员科研训练中央人因工程国家重点实验室互助，借助载人航天与-6°头低位卧床模拟失重等技能（图1），探究了微重力条件下人类视知觉的变革规律及其机理，显现了地球重力情况在塑造人类视知觉功能中的关键作用。
该研究聚焦于人类对视觉生物运动的加工。在地球上，生命体的运动受到地球重力的制约。而人类对符合重力作用的生物运动具有特别的敏感性，体现为仅依赖几个附着于运动生物关节上的光点，就能探测到生命体的存在，并从中提取与生存及社会交相互关的信息；当光点生物运动刺激倒置出现，其运动模式不再符合重力作用的影响时，人们对其的感知会显着变差。有研究表明，上述倒置效应重要取决于生物运动中包罗的重力加速率线索。这种由视觉重力线索驱动的朝向特异的知觉敏感性大概反映了生命体在地球重力情况中发展出的一种顺应性机制，具有进化意义。然而，这种知觉敏感性毕竟缘何而来？地球重力在此中饰演了何种脚色？这些紧张的科学题目尚未得到很好的解答。
关于这些题目，存在两种差别的假设。假设之一是人们对正立生物运动相对于倒立刺激的知觉上风完全源自我们的视觉履历，正如人们通过恒久观察学习，得到了对正立面貌相对于倒立面貌的知觉上风。而另一种假设则与地球重力有关，即由于我们自身始终处于地球重力场，大脑前庭体系可以使用身材吸收的重力信号估计重力的方向，这种实时的盘算有大概为视觉重力加速率的加工提供便利，从而塑造了视觉生物运动知觉的朝向依赖性。
该研究结果支持了后一种假设。通过航天实验，研究发现袒露于太空失重情况约一周之后，航天员生物运动知觉的倒置效应显着低落，且该效应在个体间具有高度的同等性（图2a、b），提示地球重力情况对于维持人类对生物运动信息的朝向特异敏感性至关紧张。为了进一步查验上述效应是由失重还是其他非重力因素（如航天实验情况和训练效应）引起，研究开展了两个控制实验。结果发现，在正常地球重力条件下，岂论个体是在模拟航天任务的幽闭情况中反复举行生物运动知觉测试，还是在实验室中举行多次测试，均不会体现出生物运动知觉倒置效应的减弱（图2c、d），从而支持太空失重、而非重力无关因素决定了航天实验的结果。
为验证航天实验的发现，并探究失重带来的生物运动知觉变革背后的神经机制，研究开展了一个在地模拟失重实验。实验接纳-6°头低位卧床方法模拟航天对人的影响，该方法被证明可以诱发雷同于失重状态下的生理及前庭相应改变。45天头低位卧床实验产生了和航天实验雷同的举动影响，即生物运动知觉倒置效应在头低位卧床期间渐渐减弱，并终极降至显着低于前测的水平。同时，研究还丈量了面貌知觉倒置效应，发现其并不随头低位卧床时间增长而减弱，阐明生物运动知觉的改变大概源于运动而非形状信息加工受前庭相应改变的影响。
在头低位卧床模拟失重前后，研究还利勤劳能磁共振成像技能扫描了受试者的神经运动。在前测中，大脑中特异于生物运动加工的pSTS脑区体现出对生物运动刺激的朝向依赖性相应（神经水平的倒置效应），而该效应在后测中显着降落，且上述改变无法由简单运动或静态身材形状刺激诱发的神经相应所表明（图3a）。作为对照，负责面貌加工的FFA脑区在前测中体现出对面貌刺激的朝向依赖性相应，但该效应在后测中并未发生改变；别的，加工房屋刺激的PPA脑区对正倒立房屋刺激的相对相应强度也未在前后测中体现出差异。这些结果扫除了头低位卧床自己改变一样寻常性静态物体表征的大概性，阐明模拟失重特异性地改变了生物运动信息的朝向特异性视觉加工。静息态功能毗连分析进一步发现，pSTS与脑岛后部地区的功能毗连在后测显着加强；该毗连加强幅度可猜测举动水一生物运动知觉倒置效应的镌汰幅度（图3b）。后脑岛作为前庭体系的焦点脑区，已被发现与前庭和视觉重力信息加工及内部重力模子的存储有关，因而上述结果有力支持了前庭重力盘算到场视觉生物运动信息朝向特异性加工的假说。
该研究使人们更深入地相识地球重力情况之于人类认知功能的意义：地心引力影响我们自身的运动，并通过施加于身材的重力信号影响我们对包罗重力加速率线索的其他生命体运动的加工，从而塑造了人脑对符合地球重力作用的视觉生物运动特异的敏感性。在机制方面，上述过程大概有赖于大脑对前庭（自身）及视觉体系（他人）通报的重力信号的整合及使用。在地球情况中，这种整合机制有助于人类有用地探测和知觉地球上的生命体。而当摆脱地心引力的束缚时，人类或可通过重新调校前庭视觉交互及相应的内部重力盘算模子，提拔对差别重力状态下生命信息的探测本领，以便更好地顺应太空情况。这些发现为进一步探究差别重力条件下人脑的可塑性奠定了底子，并有望为未来人类探索深空、踏上登月之旅提供资助。
相干研究结果发表在《天然-通讯》（Nature Communications）上。
论文链接

图1.研究方案体现图（Spaceflight：航天实验；Control：地面控制实验；HDTBR：头低位卧床模拟失重实验）

图2.航天实验及地面控制实验的流程和结果

图3.头低位卧床前后功能磁共振成像实验结果
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