✎ 頂刊導讀目錄
1，NC：空間背景效應限制了初級視覺皮層在簇擁環境中的特徵表徵
2，PNAS：面孔和位置皮層網絡中區域特異性起源的連接性
3，PNAS：行為中模式完形的眼動支持
4，PNAS：主動有效編碼解釋了雙眼視覺的發展及其在弱視中的失敗
5，PNAS：視覺運動整合系統的中樞神經遺傳學特徵
1，空間背景效應限制了初級視覺皮層在簇擁環境中的特徵表徵
期刊：Nature Communications
作者：Niki
當目標刺激被幹擾刺激環繞時，人們雖然可以識別目標，但是這種簇擁狀態會導致對目標特徵辨識力的嚴重下降。簇擁是視覺編碼中的一個基本的難題，有人認為簇擁效應的出現和視覺編碼中的空間整合能力有關，也有人認為和注意力的分散有關。對於簇擁效應，目前仍不清楚視覺信息在神經通路的什麼階段丟失，以什麼方式丟失。
行為學實驗表明恆河猴的視覺功能受簇擁狀態的影響與人類相似，因此可以通過記錄恆河猴初級視覺皮層的神經元響應，揭示簇擁如何影響大腦皮層的編碼。該研究發現干擾因素主要通過影響單個神經元的響應性，造成目標特徵信息的丟失。空間整合仿真實驗表明單神經元響應性的變化主要表現為除性的抑制，或加性的易化。雖然單個神經元編碼被幹擾的程度和感受野特性有關，在初級視覺皮層，簇擁導致的視覺特徵的丟失並不能通過增加神經元的數量和多樣性抵消。
綜上所述，該研究表明在視覺皮層加工的第一階段，空間背景效應基本限制了視覺特徵的辨識能力。
https://doi.org/10.1038/s41467-020-15386-7
2，面孔和位置皮層網絡中區域特異性起源的連接性
期刊：PNAS
作者：Loren
三例新生兒（左）和三例成人（右）的ROI
意義：知識從何而來？我們使用面孔和場景的皮層網絡，這兩個經過充分研究的成人大腦專門“知識”系統的測試案例解決了這個經典問題。
我們發現，新生兒已經表現出區域之間特定領域的功能連接模式，這些模式稍後將發展出成熟的面孔和場景選擇性。此外，原始面孔網絡顯示出與中央凹的功能連接性強於與周圍初級視覺皮層的連通性，而原始場景網絡顯示出相反的模式，表明這些網絡接收到不同的視覺輸入。
我們的發現支持以下假設：先天連通性先於皮層中特定區域功能的出現，為人類知識起源的古老問題提供了新的思路。
摘要：眾所周知，成人大腦包含一系列特定領域的網絡。但是這些特定領域的網絡如何發展呢？在這裡，我們測試了以下假設：大腦在形成特定領域網絡之前就形成了連接。
在迄今為止測試過的最小年齡新生兒樣本中使用靜息態功能磁共振成像，我們發現皮層網絡成年後會發展出強大的面孔選擇性（包括“原始”枕葉面孔區和梭狀回面孔區）和場景選擇性（包括“原始“海馬旁位置區和壓後皮層）的腦區，早在27天（開始於早達6天）就已經顯示出功能連接的特定領域模式。
此外，我們測試了這些網絡在功能上如何連接到早期的視覺皮層，並發現原始面孔網絡顯示出與中央凹V1的功能連接性存在有偏，而原型場景網絡顯示了與外圍V1的功能連接性的存在功能偏向。鑑於面孔幾乎通過中心凹，而場景總是延伸到整個外圍，在功能發展之後，這些不同的輸入可以用來促進每個網絡中特定於領域的處理，甚至指導特定領域功能的發展。
綜上所述，這些發現揭示了生命早期的特定領域和有功能偏向的連通性，這使我們對特定領域皮層網絡起源的理解提出了新的約束。
https://www.pnas.org/content/117/11/6163
3，行為中模式完形的眼動支持
期刊：PNAS
作者：Loren
實驗流程及眼動分析
意義：我們經常要從部分輸入中識別出熟悉的項目，例如朋友模糊的臉龐。值得注意的是，我們的大腦具有從記憶中“完成”這些視覺稀疏線索的能力。這個被稱為“模式補全”的操作，雖然對成功記憶至關重要，但也被認為是記憶錯誤的基礎，因此一個類似的小說情節被錯誤地認為是“舊的”。
使用眼動監測，我們發現，當呈現新穎的消退提示時，參與者會看到他們在以前對類似物品進行編碼時所查看的區域，而這些注視變化與虛警的增加相關。這些發現證明對編碼的記憶表示的檢索(即，模式完形)是對類似物品的錯誤警報的基礎。
摘要：從簡單的提醒中回憶詳細事件的能力通過模式完形實現，模式完形是海馬執行的一項認知操作，從不完整的輸入中檢索現有的記憶表徵。在行為研究中，模式完形通常是通過對誘餌刺激（即類似物品）的錯誤認可來推斷的。但是，缺乏證據說明這種響應是由於類似的先前編碼項目的特定檢索而引起。
我們在部分提示識別記憶任務中使用了眼動（EM）技術，通過重新編碼相關的眼動或凝視恢復來提供行為上誘餌圖像恢復的信息。參與者恢復了模糊的搜索線索後與編碼相關的眼動，並且這種恢復與引誘圖像的準確性負相關，提示對現有表示的檢索（即模式完成）是誘使虛警的基礎。我們的發現提供了將凝視恢復與模式完形聯繫起來的證據，並提高了眼動在記憶檢索中的功能作用。
https://doi.org/10.1073/pnas.1917586117
4，主動有效編碼解釋了雙眼視覺的發展及其在弱視中的失敗
期刊：PNAS
作者：Loren
模型架構，其中實線箭頭代表感覺信息流，而虛線箭頭代表控制命令流
意義：大腦必須以節能的方式運轉。有效編碼假說指出，感覺系統通過使神經表徵適應感覺輸入信號的統計信息來實現此目的。然而，重要的是，這些統計數據取決於生物體的行為以及其如何從環境中獲取信息。因此，最佳性能需要同時優化神經表徵和行為，這一理論稱為主動有效編碼(Active Efficient Coding)。
本文通過提出雙目視覺發展的計算模型來檢驗該理論的合理性。該模型解釋了在健康條件下雙眼視覺的準確發展。然而，該模型在屈光不正的情況下發展為弱視狀，並提出如何成功治療。
摘要：在生命的最初幾個月中，視力的發展是一個活躍的過程，其中包括學習適當的神經表徵和學習準確的眼球運動。儘管長期以來人們一直懷疑這兩個學習過程是結合在一起的，但是仍然沒有描述這種共同發展的被廣泛接受的理論框架。
本文提出了主動雙眼視覺發展的計算模型來填補這一空白。該模型基於主動有效編碼理論而提出，認為眼動和刺激編碼共同適應以最大化整體編碼效率。在健康條件下，該模型會自動校準以執行準確的收斂和調節眼球運動。它利用視差提示來推斷散焦的方向，導致協調一致的朝向和適應性響應。
在模擬的屈光參差情況下，兩隻眼睛的屈光度不同，形成類似弱視的狀態，其中一隻眼睛的中心凹區域由於來自另一隻眼睛的輸入而被抑制。校正屈光不正後，只有在接受視野仍然具有可塑性的情況下，該模型才能達到健康的性能水平，這與雙目視覺發展關鍵時期的發現一致。
總體而言，我們的模型為理解雙目視覺的發展提供了一個統一的概念框架。
https://www.pnas.org/content/117/11/6156
5，視覺運動整合系統的中樞神經遺傳學特徵
期刊：PNAS
作者：Loren
人腦中視覺運動整合（VMI）系統圖
意義：先前的研究已經探索了行為障礙和相應神經網絡功能障礙之間的關聯。例如，自閉症譜系障礙，Prader-Willi綜合徵和Dravet綜合徵的特徵是視覺運動整合系統的行為缺陷。迄今為止，很少有研究將腦部連接和基因組數據結合起來以研究兒童神經發育和臨床綜合徵的生物學基礎。
本研究提供了與這些綜合徵相關的功能異常基因（如TBR1，SCN1A，MAGEL2和CACNB4）的表達與致力於整合視覺和運動信息的區域（如枕葉外側皮質，OP4和頂內溝）之間的皮質分佈之間存在聯繫的證據。我們建議這種基因表達可能是腦網絡功能障礙的原因。
摘要：視運動障礙是許多神經系統疾病和神經遺傳綜合徵的特徵，例如自閉症譜系障礙（ASD）和Dravet，Fragile X，Prader-Willi，Turner和Williams綜合徵。儘管最近在系統神經科學方面取得了進步，但與這些臨床狀況相關的視覺運動功能障礙的生物學基礎卻知之甚少。
在這項研究中，我們使用神經影像學的方法來繪製人腦中的視覺運動整合（visuomotor integration，VMI）系統圖，並研究了VMI網絡與艾倫人腦圖集（全腦轉錄組範圍的整個皮層遺傳表達圖集）的拓撲結構相似。我們發現四種基因（TBR1，SCN1A，MAGEL2和CACNB4）的基因表達與人類皮層中的視覺運動整合子顯著相關。TBR1基因轉錄表達與皮層和海馬神經發育有關的ASD基因，在VMI系統中顯示出中心的空間分佈。
我們的發現描繪了人類皮層VMI系統基礎的基因表達特徵，其中特定基因（例如TBR1）可能在其神經元組織以及神經遺傳綜合徵的特定表型中起核心作用。
https://www.pnas.org/content/117/12/6836
校審：Freya（brainnews編輯部）
