下纵束、中纵束与穹窿支持空间认知地图的构建：白质微结构完整性对全中心表征的影响

这篇研究通过扩散磁共振成像(dMRI)和虚拟环境学习范式，揭示了白质纤维束微结构完整性对人类空间认知的关键作用。研究发现下纵束(ILF)、中纵束(MdLF)和穹窿(fornix)的分数各向异性(FA)值与全中心表征(allocentric representation)的准确性显著相关，特别是对物体位置模式的尺度、旋转和平移不变性表征。该研究为理解空间导航的神经基础提供了重要证据，表明视觉皮层与颞叶之间的白质连接是构建认知地图的结构基础。

　　

1 引言

全中心表征(allocentric representation)作为不依赖自我位置的环境心理表征，对人类空间导航能力至关重要。经典研究指出，这种包含物体间相对位置信息的表征系统依赖于包括视觉皮层、压后皮层、顶叶、颞叶和前额叶皮层的广泛神经网络。近期证据表明，连接这些脑区的白质通路可能发挥关键作用，特别是连接枕叶与颞叶的下纵束(ILF)和中纵束(MdLF)，以及海马输出的主要通路穹窿(fornix)。动物实验显示，穹窿切断会显著损害大鼠在多起点环境中的空间学习能力，提示其对灵活空间表征的特殊重要性。

2 方法

研究团队招募83名健康右利手青年(18-31岁)，通过15个虚拟环境的自由探索任务评估其空间表征能力。采用3T Siemens Skyra扫描仪获取高分辨率扩散加权图像(DWI)，基于TRACULA算法重建42条主要白质通路。行为测试包含三个关键环节：

1. 物体关联测试：从10个物体中识别属于同一环境的5个物体

2. 物体-环境匹配：将物体组与对应环境几何形状匹配

3. 全中心位置测试：在2D俯视图中精确摆放物体位置

通过混合线性模型分析白质微结构指标(FA/MD)与空间表征精度的关系，控制年龄、扫描质量等协变量。

3 结果

关键发现显示：

• ILF/MdLF的FA值与物体位置模式的尺度/旋转/平移不变性表征精度呈显著正相关(t=3.1/2.5，p<0.05)

• 穹窿FA值同样预测全中心模式准确性(t=2.7，p=0.042)

• 其他白质通路(如扣带束、钩束)未显示显著关联

• 仅额斜束(frontal aslant tract)呈现负向关联，可能反映神经资源分配权衡

4 讨论

4.1 视觉-颞叶连接的核心作用

ILF/MdLF作为连接腹侧视觉流与颞叶的主干道，其微结构完整性直接支持从视觉输入到高级空间表征的转换。这与非人灵长类研究一致：猕猴海马空间视图细胞和压后皮层神经元均显示对视觉空间信息的特异性编码。研究首次在人类证实，这些通路的组织效率决定了个体构建精确认知地图的能力。

4.2 穹窿的灵活性编码功能

穹窿作为海马输出的主要通道，可能专门负责环境表征的视角不变性。大鼠实验显示穹窿损伤仅影响多起点导航，与本研究发现的"变换不变性"关联高度吻合。这提示穹窿在整合不同视角的空间信息中起枢纽作用。

4.3 方法学创新

通过解构空间表征的不同成分(模式精度/环境几何/物体身份)，研究突破了传统导航任务的局限性。特别设计的尺度/旋转校正算法，首次量化了人类对空间关系的抽象表征能力。

5 结论

该研究确立了下纵束、中纵束和穹窿作为人类全中心空间表征的三大白质支柱，为理解认知地图的神经基础提供了新视角。未来研究可探索这些通路在神经退行性疾病(如阿尔茨海默病)空间障碍中的作用，或为早期诊断提供生物标记物。