大家下午好，我是來(lái)自中科院神經(jīng)所空間感知覺(jué)機(jī)制研究組的李文灝。大家在商場(chǎng)里面可能會(huì)看到這樣一個(gè)運(yùn)動(dòng)賽車模擬器，三聯(lián)顯示屏提供了極致的視覺(jué)享受，底部的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)提供了真實(shí)的前庭感覺(jué)，僅僅這兩種感覺(jué)就可以讓我們感覺(jué)自己置身于一輛飛馳的法拉利當(dāng)中。那么，這種真實(shí)感從哪里來(lái)呢？空間感知就起到了重要的作用。

視覺(jué)

我們對(duì)外界信息的獲取80%是通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)完成的。當(dāng)我們向前走的時(shí)候，外界環(huán)境在我們視網(wǎng)膜上的投影將呈現(xiàn)這么一種放射狀的圖案，我們稱這種放射狀的圖案為光流，早在1950年科學(xué)家就指出光流是我們判斷行進(jìn)方向的重要依據(jù)。

放射狀圖案——光流

前庭覺(jué)

前庭器官主要位于我們的內(nèi)耳中，它包括三個(gè)互相垂直的半規(guī)管以及由橢圓囊和球囊組成的耳石器。半規(guī)管內(nèi)含有淋巴液，當(dāng)我們左右轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，里面的淋巴液由于慣性作用將會(huì)往相反方向推壓毛細(xì)胞的纖毛，引起毛細(xì)胞的興奮，并向該側(cè)的神經(jīng)中樞發(fā)送大量的神經(jīng)沖動(dòng)，這個(gè)時(shí)候我們就知道自己在向左轉(zhuǎn)還是向右轉(zhuǎn)。而耳石器，顧名思義，它里面含有大量的碳酸鈣鹽結(jié)晶，就像小石頭一樣。當(dāng)我們?cè)谒矫嫔献髦本€變速運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，這種“小石頭”同樣也會(huì)由于慣性作用牽拉毛細(xì)胞的纖毛，造成神經(jīng)沖動(dòng)。這兩套前庭感覺(jué)器官分別感受我們運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的角加速度和線性加速度。

前庭-視覺(jué)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

為了研究前庭覺(jué)與視覺(jué)是如何影響我們空間感知的，我們實(shí)驗(yàn)室建立了一套前庭-視覺(jué)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。這套系統(tǒng)由兩部分組成，分別是負(fù)責(zé)提供空間信息的 MOOG 系統(tǒng)，和負(fù)責(zé)控制指令的 TEMPO 系統(tǒng)。MOOG 系統(tǒng)主要包括一個(gè)六自由度的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，它通過(guò)平臺(tái)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)提供前庭感覺(jué)，通過(guò)顯示器的光流信息模擬視覺(jué)的刺激。獼猴在實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)或者根據(jù)單一的視覺(jué)刺激，或者根據(jù)單一的前庭刺激，或者根據(jù)兩種刺激的不同組合來(lái)做行為任務(wù)。而 TEMPO 系統(tǒng)則負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)控制這些刺激的給出以及記錄獼猴的行為結(jié)果。

前庭-視覺(jué)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

我們關(guān)心我們的大腦是如何利用前庭覺(jué)與視覺(jué)來(lái)進(jìn)行空間感知的，所以我們?cè)诖竽X的感覺(jué)皮層如 MSTd 和聯(lián)合皮層如 LIP，VIP 以及 FEF 等腦區(qū)開(kāi)展電生理記錄，獲得單個(gè)神經(jīng)元的動(dòng)作電位。同時(shí)我們還人為地操縱這些神經(jīng)元的活動(dòng)來(lái)建立神經(jīng)元與抉擇認(rèn)知之間的直接因果關(guān)系，常用的方法有微電流刺激，可逆性藥物失活，以及正在開(kāi)展的光遺傳操縱。

那么簡(jiǎn)化的實(shí)驗(yàn)條件是否適用于自然環(huán)境下的空間感知呢？這是一個(gè)由實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)化的條件測(cè)量的 MSTd 神經(jīng)元的調(diào)諧曲線。曲線越靠近外圈，說(shuō)明神經(jīng)元的活動(dòng)越強(qiáng)烈，所以說(shuō)這個(gè)神經(jīng)元“偏好”方向是右前方，在自然環(huán)境下，車子右轉(zhuǎn)彎的時(shí)候這個(gè) MSTd 神經(jīng)元發(fā)放更加密集更加強(qiáng)烈，所以說(shuō)我們實(shí)驗(yàn)室的簡(jiǎn)化條件同樣適用與自然環(huán)境下的空間感知。而且，我們僅僅從單個(gè) MSTd 神經(jīng)元的活動(dòng)就可以推斷出你在向左轉(zhuǎn)還是向右轉(zhuǎn)。

左圖：MSTd 神經(jīng)元的調(diào)諧曲線；右圖：自然環(huán)境疊加局部光流矢量

隨著新的技術(shù)的開(kāi)發(fā)以及新的理論的建立，我相信空間感知機(jī)制的研究將會(huì)給我們的生活帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響，例如更加真實(shí)的 VR 設(shè)備，更加安全可靠的自動(dòng)駕駛應(yīng)用等等。