这条手臂到底是不是我的? 将外界物体感知成自身一部分,原理是这样

这条手臂到底是不是我的? 将外界物体感知成自身一部分,原理是这样飞入寻常百姓家
来源:新民晚报   作者:郜阳   2019-09-04 09:41:48

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图说:课题研究——“猕猴对自我身体表征的统计推理” 采访对象供图

新民晚报讯(记者 郜阳)我们的大脑究竟如何感知自己?自我意识的神经机制是什么?这一直是神经科学领域中最激动人心的问题之一。虽然意识问题极其复杂,所涉及的内容也非常广泛,但其中最为核心之一的是我们对于自我身体的感知。近日,中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、上海脑科学与类脑研究中心、灵长类神经生物学重点实验室王立平研究组完成对“猕猴对自我身体表征的统计推理”的课题研究。

研究中,科研人员利用自主设计搭建的虚拟现实呈现系统,在人类和猕猴被试上建立身体幻觉行为学范式,并首次在猕猴上对其身体“拥有感”进行定量行为学测量和计算建模。更重要的是,研究人员通过猕猴在体电生理记录的方式,研究人员发现了猕猴大脑前运动皮层的群体神经元以贝叶斯因果推断的方式对身体拥有感进行编码。

通俗来说,贝叶斯推断是指大脑并非在被动等待外界输入信息,而是在主动地构建关于这个世界的假设,并用假设来解释世界。

在利用身体错觉现象考察自我身体感知的研究中,前人发现我们对身体的感知并非一成不变。在特定条件下,大脑也会将外界物体感知成自身身体的一部分,或者失去对自己身体部位的感知。虽然脑影像研究已经发现,身体错觉实验中对例如非身体物体(例如橡皮手)拥有感的强弱与人脑前运动皮层的激活程度有关;猕猴前运动皮层和顶叶皮层的电生理工作也显示,这些区域中神经元对手臂空间位置的编码同时受到本体感觉手臂位置和视觉手臂信息的调制;但我们对于自我身体表征的计算和神经编码机制却仍不清楚。

为了在神经元和大脑环路水平上探究自我身体表征的机制,研究人员利用自主设计搭建的、能诱导手臂感知错觉的虚拟现实呈现系统,通过目标点指向任务,开展了让猕猴汇报自身手臂位置而推理其身体幻觉强度的研究。

在行为学任务中,被试通过伸手指向视觉目标点来确认自己手臂的位置。当被试在视频反馈系统中所见的视觉手臂和真实手臂发生偏差时,被试因为身体错觉而导致其确认的手臂位置(目标点)与实际手臂位置间产生不同程度的偏差,即本体感觉偏移。对人和猕猴行为结果的分析显示,当视觉-本体感觉偏差较小时,本体感觉偏移基本上由视觉信息主导,即被试认为视觉手臂为自己的手臂;而当偏差逐渐增大时,本体感觉偏移却不再增大或甚至减小,表明了被试更多地利用了本体感觉手臂信息而忽略视觉手臂信息,即失去了对视觉手臂的拥有感。该项研究通过客观测量的方式,首次证实了猕猴也能产生与人类相似的身体幻觉。

该研究中的行为学和电生理结果表明,大脑对身体拥有感以及身体空间位置的编码不仅依赖于外界的视觉-本体感觉信息输入,还受到内在已有的身体表征的影响,并以多层级的贝叶斯因果推理的方式整合不同输入和不同层次的信息。这一发现第一次为自我身体感知的理论模型提供了重要的行为学和电生理证据,为进一步研究身体自我意识的神经机制提供了行为学范式和非人灵长类动物模型,在自我身体相关的精神疾病治疗以及神经义肢的开发中也具有重要的参考价值。

编辑:裘颖琼

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