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为探究大脑如何利用环境抽象表征实现跨感觉模态泛化，研究人员以小鼠为模型，开展皮层环路机制研究。发现小鼠可通过皮层周空间抽象表征双向泛化触觉与视觉任务规则，背侧流区域 RL 是跨模态泛化的关键，为理解哺乳动物抽象推理提供了结构和功能基础。
在自然界中，生物体常常需要面对复杂多变的感觉环境。当外界刺激通过不同感觉器官（如视觉、触觉）传递到大脑时，如何将从一种感觉模态中学习到的经验快速应用到另一种模态，实现跨感觉模态的行为适应，是认知神经科学领域的核心问题之一。例如，人类在黑暗中通过触觉识别物体后，在光照下能迅速通过视觉再次认出该物体，这种能力的神经基础却一直未被完全揭示。既往研究虽发现大脑中存在对刺激特征不依赖于感觉模态的抽象表征（如大鼠后顶叶皮层的超模态刺激特征编码、人类颞叶的 “概念细胞”），但介导跨感觉模态泛化的皮层环路组织仍不明确。
为解决这一科学难题，瑞士日内瓦大学（University of Geneva）的研究人员开展了一系列研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。他们以小鼠为实验模型，聚焦于感觉运动任务规则在触觉和视觉模态之间的泛化现象，旨在揭示其背后的神经环路机制。研究发现，小鼠能够利用皮层中周空间（peri-personal space，指靠近身体周围的空间区域，是视觉和触觉输入汇聚的区域）的抽象表征，双向泛化触觉与视觉的传感器运动任务规则，且背侧流的一个特定区域 —— rostrolateral（RL）区域，对跨模态泛化起着必要且充分的作用。该研究为理解哺乳动物大脑的抽象推理能力提供了关键的结构和功能依据。
研究人员采用了多种关键技术方法：
- 行为学实验：设计 Go/No go 范式，训练小鼠在触觉（胡须刺激）和视觉任务中学会辨别刺激位置与奖励的关联，通过 “规则保留” 和 “规则反转” 的模态切换，观察小鼠的行为表现。
- 神经成像技术：运用宽场和双光子钙成像技术，在单细胞分辨率下记录小鼠背侧皮层的神经活动，绘制视觉和触觉刺激的空间表征图。
- 神经追踪与操控技术：利用病毒载体进行神经示踪，分析皮层区域间的解剖连接；通过光遗传学技术特异性激活或沉默特定脑区，结合行为学检测，验证其功能。
研究结果
小鼠具备跨触觉 - 视觉模态的双向泛化能力
在 “规则保留” 模态切换实验中，小鼠在完成触觉任务训练后，切换到视觉任务时能快速保持高表现，表明其成功将触觉学习到的规则泛化到视觉模态。而 “规则反转” 切换则导致小鼠表现显著下降，说明其依赖于空间规则的一致性。通过听觉 - 视觉任务切换的对照实验排除了任务结构本身的影响，进一步证实了跨模态泛化依赖于空间表征的抽象性。双向泛化实验（视觉到触觉）也观察到类似现象，但存在模态间的表现差异，可能与触觉和视觉刺激的辨别能力不同有关。
背侧皮层存在共定位的视觉 - 触觉空间映射
宽场钙成像显示，小鼠背侧皮层的多个联合区（如 RL、AL、LI 等）中，视觉和触觉刺激诱发的空间表征图高度对齐，呈现出一致的垂直空间拓扑结构。解剖追踪实验证实，初级视觉皮层（V1）和初级体感皮层（S1）通过前馈投射将空间信息传递至这些联合区，且联合区与初级皮层间存在反馈连接。双光子钙成像进一步在单细胞水平鉴定出四类神经元：单模态视觉 / 触觉神经元、门控神经元和双模态视觉 - 触觉神经元。其中，双模态神经元对空间位置一致的跨模态刺激表现出显著的响应增强，其空间选择性独立于刺激模态，这类神经元主要分布在背侧流（如 RL）和腹侧流（如 AL）区域。
RL 区域是跨模态泛化的充要条件
功能缺失实验表明，在训练前慢性沉默 RL 区域，小鼠在 “规则保留” 模态切换后表现降至随机水平，而沉默腹侧流区域仅引起轻微且短暂的表现下降。光遗传学替代实验则证实，直接激活 RL 区域中编码特定空间位置的亚区，可替代视觉刺激使小鼠完成跨模态泛化，即使在 “规则反转” 条件下，RL 激活也能诱导相应的行为适应。网络模型模拟进一步支持 RL 通过双向连接在皮层环路中建立一致的权重结构，介导跨模态的传感器运动学习。
多模态神经元的计算特性与环路机制
双模态神经元的响应特性表现为对空间一致的跨模态刺激的非线性调制（抑制不一致刺激，增强一致刺激），这种特性使其能够编码与模态无关的空间信息。群体解码分析显示，背侧流的双模态神经元群体对跨模态刺激的解码准确性显著高于其他神经元类型，提示其在信息跨模态转换中的关键作用。结合解剖连接和功能映射，研究人员提出背侧流 RL 区域通过整合多模态空间信息，形成抽象的周空间表征，进而驱动下游决策相关脑区的传感器运动转换。
研究结论与意义
该研究首次系统揭示了哺乳动物大脑中跨感觉模态泛化的皮层环路机制。研究证实，小鼠通过背侧皮层 RL 区域的多模态神经元网络，建立周空间的抽象表征，实现触觉与视觉模态间的任务规则泛化。RL 区域作为核心节点，通过前馈和反馈连接整合初级感觉皮层的空间信息，并通过光遗传学可操控的神经活动模式，确保跨模态信息的高效传递。
这一发现不仅为理解大脑如何实现灵活行为适应提供了新视角，也为研究神经精神疾病（如自闭症、感觉统合障碍中可能存在的跨模态整合缺陷）提供了重要的理论基础。此外，研究中揭示的多模态神经元编码机制和皮层环路组织，对人工智能领域的多模态学习模型设计具有启发意义，有望推动模拟生物智能的跨模态信息处理算法发展。未来研究可进一步探索其他感觉模态（如听觉）的泛化机制，以及该环路在发育和衰老过程中的可塑性变化。
