上丘神经元活动揭示目标大小对眼跳决策的生理调控机制

本研究通过猕猴上丘(SC)神经元记录，揭示了目标大小(Distance-to-Size Ratio, DSR)通过调节视觉响应和运动累积速率影响眼跳潜伏期的神经机制。研究发现小目标引发更强的SC神经元活动积累和更高的决策阈值，挑战了传统速度-准确性权衡理论，为理解视觉-运动转换提供了新见解。

　　

在视觉探索过程中，人类和灵长类动物每秒要进行3-4次快速眼跳(saccade)，但为何大脑需要花费150-250毫秒来启动这个看似简单的动作？这个被称为"大小-延迟效应"(size-latency effect)的现象自发现以来就困扰着研究者：当目标尺寸增大时，眼跳启动时间会显著延长。传统理论认为这是速度-准确性的权衡，但最新证据暗示这可能涉及更复杂的神经计算机制。

美国纽约州立大学视光学院(SUNY College of Optometry)的Baptiste Caziot团队在《iScience》发表的研究，首次揭示了上丘(Superior Colliculus, SC)神经元如何编码这一效应。研究人员训练猕猴完成针对不同尺寸环形目标的眼跳任务，同步记录SC神经元活动，结合随机累积决策模型分析发现：小尺寸目标(高DSR)不仅引发更强的视觉响应，还导致更陡峭的运动活动积累速率和更高的决策阈值——这与传统决策理论预测相悖。

关键技术包括：(1)猕猴行为训练与眼动追踪；(2)SC单神经元电生理记录；(3)距离-大小比(DSR)参数化刺激设计；(4)基于Wiener过程的随机累积模型拟合；(5)视觉-运动指数(VMI)量化神经元特性。

【行为结果】

通过系统改变环形目标的距离-大小比(DSR=目标偏心距/目标直径)，证实猕猴存在与人类相似的大小-延迟效应：DSR从0.3增至1.0时，中位眼跳潜伏期从250ms缩短至150ms。值得注意的是，小目标伴随更高端点精度，打破了传统速度-准确性权衡规律。

【生理相关】

随机累积模型预测：高DSR(小目标)需要更高积累速率(μ)和决策阈值(z)。SC神经元活动完美匹配这一预测：小目标引发更陡峭的运动活动积累斜率(从0.75增至2 Hz/ms)和更高峰值放电(70→150 Hz)。

【机制关联】

视觉响应可能是效应源头：大目标几乎完全抑制SC神经元的初始视觉反应(40→100 Hz差异)。时间分析显示，即使在相同DSR条件下，视觉和运动峰值活动高的试次仍对应更短潜伏期。广义线性模型证实视觉峰值活动比运动积累速率更能预测潜伏期变化。

这项研究颠覆了三个传统认知：首先，SC运动活动并非固定阈值触发，而是随目标特性动态调整；其次，视觉响应强度直接决定后续运动编码，暗示SC的抑制性周边感受野是效应根源；最后，决策阈值与积累速率协同变化，为理解神经决策计算提供了新范式。该发现不仅解释了自然场景中眼跳时序调控的神经基础，还为开发类脑视觉-运动转换算法提供了生物启发。特别值得注意的是，这种效应可能普遍存在于其他依赖SC的空间注意任务中，如远程干扰物效应(remote distractor effect)的神经机制。

研究同时留下重要开放问题：为何运动活动倍增却未导致眼跳速度相应增加？这提示SC到脑干暂停神经元(omnipause neuron)的输入可能存在非线性整合。未来研究可通过微刺激和药理干预进一步验证SC视觉响应与运动输出的因果关系。