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近日，《神经科学杂志》在线发表了一篇题为《猕猴V1、V2和V4中不同运动信号加工处理的功能组织》的研究论文。这项研究由中国科学技术大学的访问博士研究生安旭、助理研究员弓洪亮以及导师王伟研究员等团队共同完成，揭示了灵长类视觉系统中不同脑区对运动信号的加工机制。

视觉运动信号的感知与重要性

视觉运动信号的感知和检测是灵长类动物生存中最重要的视觉功能之一。这些信号的主要组成成分包括运动方向、运动速度和运动轨迹。运动轨迹的感知依赖于运动物体在不同时间点上连续激活视网膜的不同区域。然而，由于灵长类初级和次级视皮层（V1和V2）的时空整合感受野较小，它们通常只能对局部运动信息作出反应，难以准确表征具有不同图形特征的整体运动方向。这一现象被称为运动感知中的“光圈局限性”问题。

此外，在动画片和电影中，运动感知并非由真实物体的运动引起，而是通过多帧空间位置不同的静止图片或场景，以一定的采样或拍摄速率（通常≥24帧/秒）制作而成。这种现象被称为“采样运动”或“快速连线”。然而，非人灵长类视觉脑区对运动信号三组分（方向、速度和轨迹）的加工机制仍不完全清楚。

研究方法与发现

研究团队结合了免疫组化、形态解剖学技术、在位内源性信号光学成像技术以及数学模拟方法，并对全屏噪音视觉运动刺激进行了跨脑区（V1、V2和V4视皮层）同时脑功能成像记录。研究发现：

• 在V1、V2和V4视区的方位功能构筑中，神经元不仅能够编码轮廓方位和朝向信息，还可以编码运动轨迹和速度信息，二者紧密相关。
• 当运动速度大于2度/秒时，神经元编码的运动轨迹平行于运动方向；而当运动速度低于2度/秒时，编码的运动轨迹则垂直于运动方向。
• 在V2视区中，CO染色深的粗条带中的方向敏感性神经元群体对运动方向偏好的编码与运动速度无关。
• 通过线性时空能量模型，研究人员成功模拟和预测了实验中观察到的现象，进一步验证了研究结果的可靠性。

研究意义与展望

研究结果表明，灵长类腹侧视觉系统中的各级方位选择性神经元可以通过感受野的线性时空整合机制，编码视网膜上物体的运动轨迹和速度，从而实现对物体运动的感知。这一发现不仅为解决运动感知和计算中的“光圈局限性”问题提供了新的理论依据，还揭示了人类在观看电影、电视和动画时感知运动的潜在神经机制。

该研究得到了科技部973计划和中国科学院“百人计划”的资助。