虚拟现实中的近身与远身空间编码：来自fMRI研究的神经机制解析

本研究通过fMRI技术结合虚拟现实(VR)系统，首次在控制物体像素大小的条件下，揭示了近身空间(PPS)与远身空间(EPS)处理的神经分化机制。研究发现PPS刺激优先激活背侧视觉通路(V1/V2/V3/pIPS)，与动作可能性(affordance)处理相关；而EPS刺激更多激活腹侧通路(V3v/V4v)，支持语义分析。该研究为空间认知的"双通路"理论提供了新证据，对神经康复和VR技术开发具有重要启示。

　　

人类大脑如何区分触手可及的咖啡杯与远处不可及的茶杯？这个看似简单的空间划分问题，实则涉及复杂的神经编码机制。传统研究认为，近身空间(PPS)和远身空间(EPS)分别由不同的神经网络处理，但物体物理特性（如大小、立体呈现方式）如何影响这种空间编码，特别是在虚拟环境中的神经机制仍不明确。更关键的是，既往研究未能有效区分真实空间距离与视网膜成像大小的混淆效应。

德国亚琛工业大学医院的研究团队在《NeuroImage》发表的研究，通过创新的VR-fMRI实验设计，首次在精确控制物体像素大小的条件下，揭示了PPS与EPS处理的神经分化机制。研究发现，即使排除视网膜成像大小的干扰，PPS刺激仍能特异性激活背侧视觉通路（包括V1/V2/V3和顶内沟后部pIPS），这与动作可能性编码相关；而EPS刺激则更多激活腹侧通路的V3v/V4v区域，负责语义分析。该研究不仅验证了空间处理的"双通路"理论，还为开发基于VR的神经康复方案提供了重要依据。

研究采用四项关键技术：1）MRI兼容VR眼镜呈现立体/单视刺激；2）虚幻引擎5构建可抓握物体虚拟场景；3）44名健康受试者的行为-fMRI联合实验；4）严格控制物体像素大小的2×2×2×2（距离×朝向×大小×显示模式）因子设计。通过对比PPS（54.9cm）与EPS（125.53cm）条件下的神经激活差异，结合反应时(RT)和沉浸感评分，系统解析了空间编码的神经机制。

3.1 行为学结果
实验发现PPS刺激的反应时显著快于EPS（769ms vs 818ms），大物体识别快于小物体（754ms vs 833ms）。值得注意的是，当控制像素大小时（PPS小物体 vs EPS大物体），后者仍显示更快反应时（771ms vs 801ms），表明视觉系统能整合深度线索优化远距离物体处理。立体呈现虽增强沉浸感（评分6.22 vs 5.97），但延长了EPS任务的反应时，反映深度信息增加了认知负荷。

3.3 fMRI结果
PPS与EPS处理：PPS刺激激活双侧初级视觉区(V1/V2)和高级视觉区(V3A/V3d/V3v)，以及后顶叶的顶内沟后部(pIPS/hIP7)，该区域与三维物体操作和动作准备相关。EPS刺激则选择性激活V3v/V4v，这些区域参与物体语义表征。特别在控制像素大小的对比中，PPS仍显著激活背侧通路，证实其空间编码特异性。

立体呈现效应：立体显示增强V5/MT区（运动处理）和pIPS的激活，其中pIPS激活呈现右半球优势，符合立体深度处理的偏侧化特征。LOC（外侧枕叶皮层）的协同激活，暗示立体视觉需要背腹侧通路的整合。

物体大小影响：大物体激活LOC和V4v（物体大小表征区），小物体则引发前扣带回(ACC)和岛叶等认知控制网络的响应，反映视觉注意资源的重新分配。

4.4 研究意义
该研究通过VR-fMRI创新范式，首次证实PPS处理依赖于背侧视觉通路的动作可能性编码，而非单纯的视网膜成像大小效应。这一发现深化了对"双视觉通路"理论的理解：背侧通路不仅处理"在哪里"和"如何动作"，还特异性地编码近身空间的交互潜力；而腹侧通路则专注于"是什么"的语义分析。从应用角度看，研究建立的VR-fMRI实验范式为探索空间认知障碍（如视觉共济失调、空间忽视症）提供了新工具，其发现的pIPS特异性激活模式，可能成为评估PPS相关功能障碍的生物标志物。未来研究可结合动作追踪技术，进一步揭示真实交互中的空间编码动态机制。