小鼠上丘视觉运动信号整合机制：自运动与物体运动引发的神经响应差异

本研究通过虚拟现实技术结合神经电生理记录，揭示了小鼠上丘(SC)在区分自运动与物体运动引发的视觉膨胀(looming)刺激时的神经机制。研究人员发现上丘浅层(SCs)主要响应视觉输入，而中间层(SCim)整合视觉与运动信号，并能在种群水平区分运动来源。该研究为理解动物在生存行为中快速辨别威胁来源的神经基础提供了重要证据，发表于《Current Biology》。

　　

在自然界中，区分自身运动与外界物体运动对动物的生存至关重要——当一只老鼠看到视野中的物体膨胀时，可能是它正在接近避难所，也可能是捕食者正在逼近。这种辨别能力直接关系到生死存亡。作为进化上保守的视觉运动整合中枢，上丘(Superior Colliculus, SC)被认为是介导这类快速行为反应的关键脑区，但其如何区分运动来源的神经机制尚不明确。

英国伦敦大学学院(University College London)行为神经科学研究所的Stefano Zucca等研究人员在《Current Biology》发表的研究，通过创新性地结合虚拟现实行为范式和高密度电极记录技术，首次揭示了小鼠上丘不同分层对自运动与物体运动信号的差异化处理机制。

研究主要采用四项关键技术：(1)头固定小鼠虚拟现实行为系统，实现精确控制视觉输入与运动输出的耦合；(2)32通道高密度电极阵列同步记录上丘浅层(SCs)和中间层(SCim)的神经元活动；(3)动态视觉刺激范式，包括物体自主膨胀和动物主动接近物体两种条件；(4)基于机器学习的种群解码分析，量化神经活动对运动来源的区分能力。

视觉主导的浅层与多模态整合的中间层

通过呈现以不同速度逼近的黑色圆盘，研究发现SCs神经元对视觉边缘刺激表现出强烈且一致的兴奋反应，其激活时间与视网膜拓扑位置相符。相比之下，SCim神经元反应呈现高度异质性，既有兴奋也有抑制，且更多受运动状态调制——当动物奔跑时，SCim整体活动显著增强(p<0.001)，而SCs不受影响。

行为与神经活动的上下文依赖性

在动物主动接近静止物体的实验中，SCs活动主要取决于物体距离(解释方差中位数0.888)，而SCim更依赖运动速度(解释方差0.888)。当重放先前记录的视觉序列(制造视觉-运动失匹配)时，小鼠本能地减速甚至停止运动，同时SCim(而非SCs)的种群活动能显著提高对运动来源的判别准确率(56.1% vs 28.8%，p=0.005)。

本能行为与神经表征的协同演化

研究发现无论物体自主逼近还是动物主动接近，小鼠都会在物体临近时减速。这种"减速行为"在首次暴露于物体时即出现，且对黑白物体均适用，表明是跨模态的本能反应。值得注意的是，减速幅度在视觉-运动匹配(VR)与失匹配(重放)条件下存在显著差异(p<0.02)，说明行为调节具有上下文敏感性。

这项研究从三个层面重塑了对上丘功能的理解：在机制层面，揭示了SCs-SCim分层处理视觉与运动信号的互补模式；在行为层面，发现了不依赖学习的视觉运动整合本能；在进化层面，阐明了古老脑区如何支持复杂环境适应。这些发现为理解威胁检测的神经基础提供了新视角，也为研究感知-运动整合障碍相关疾病提供了潜在靶点。特别值得注意的是，SCim作为多模态整合枢纽，其区分自生与外界运动的能力，可能正是动物在复杂环境中实现精准行为选择的关键神经基础。