双稳态知觉转换的神经振荡机制研究

When faced with ambiguous sensory inputs, subjective perception alternates between the different interpretations in a stochastic manner. Bistable perception provides an important tool to study brain consciousness and visual information processing. Rigorous investigations have been achieved in order to uncover the underlying mechanisms of bistable perception. A possibility has been proposed that high-order areas can modulate sensory processing in visual cortex via top-down feedback pathway when bistable perceptual switching occurs. Previous studies on bistable perception mainly focused on the posterior parietal cortex and revealed structural and functional fractionation of right superior parietal cortex. However, it remains unclear what roles the prefrontal cortex play in bistable perception. Numerous studies have demonstrated that neural oscillations are vital for cognitive functions. Remote brain areas can communicate with each other by synchronized oscillations. However, in terms of lack of directly experimental data, the relationship between neural oscillations and bistable perception remains elusive. To answer these questions, by creating a stimulus of structure from motion, this project would incorporate human intracranial EEG, fMRI and TMS, as well as adaptive neural computational modeling to investigate causal relationships between neural oscillations in the prefrontal cortex and bistable perception switching. This study will advance our understanding of the underlying mechanisms of bistable perception and offer an important reference for brain consciousness.

当面对有歧义的物理刺激时，我们的主观知觉会不由自主的交替变化。双稳态知觉已成为研究大脑意识和视觉信息处理的重要手段。大量研究表明，双稳态知觉转换需要高级皮层参与，通过自上而下的反馈通路影响视觉皮层。前人的研究大多关注后部顶叶，发现前后顶上小叶具有不同功能，但前额叶皮层的作用仍不清楚。研究表明神经振荡与认知功能密切相关，神经环路各脑区可通过神经振荡同步性实现信息交流，然而神经振荡与双稳态知觉的内在关联还缺乏直接的实验证据。为此，本项目采用运动产生结构的双稳态视觉刺激，融合颅内电生理记录，功能磁共振成像和经颅磁刺激等技术，并结合自适应神经计算模型，系统考察前额叶皮层神经振荡与双稳态知觉转换之间的因果关系 ，有助于深入理解双稳态知觉的神经机制，为有关大脑意识的研究提供重要参考。

双稳态知觉是指人类在观察外界的歧义刺激时，知觉在两种排他性的状态之间不断交替的一种现象。一百多年来，双稳态知觉的过程一直被作为研究意识产生和变化的重要工具，科学研究发现，额顶网络在调控知觉交替中的关键作用，也有另一种观点认为与知觉转换有关的额叶区域的激活是知觉或执行控制功能的结果而非原因。这些严谨的研究为我们提供了很多有用的信息，但知觉转换的机制仍然存在争议。在本研究中，我们采用了运动产生的结构双稳态刺激和连续报告范式，其中我们通过区分知觉转换和维持状态，结合高时间和空间精度的颅内脑电图（iEEG）技术，深入地研究双稳态知觉转换相关的脑区和神经振荡特征。结果发现发现，在双稳态知觉过程中普遍存在theta和alpha神经振荡，其中IFG、ITC和hMT+显示出自发知觉转换特定的theta活动。然后，腹侧通路和额叶区的相位连接以顺序的方式增强。这些结果用更精确的相位斜率梯度方法得到进一步验证，即信息首先从hMT+传递到ITC，然后从IFG传递到ITC，这表明在知觉转换过程中存在自下而上和自上而下的过程。.我们进一步研究了另一个双稳态立方体刺激的神经表征，并重复了之前在IFG和ITC中发现的结果，这两个研究都显示了类似的神经活动和连接关系。这些结果表明，不同类型的双稳态知觉可能享有共同的神经机制。根据最新的预测编码模型，知觉切换的驱动力来自于由知觉预测和感觉信息计算出的预测误差。我们用这个模型拟合了我们的行为数据，并将可能的神经活动与拟合的预测误差计算相关，发现预测误差与hMT+和ITC的theta功率之间存在明显的相关性。总而言之，我们发现双稳态知觉转换的原因是额叶皮层的预测和视觉皮层输入所产生的误差，这种误差的积累最终会改变视觉皮层的表征，新的表征会以前馈的方式传递到更高层次的皮层，导致对物体的重新认识，同时需要额叶区的反馈控制来形成新的感知。