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在生活中，人們往往會從多種感知渠道（如視覺、聽覺、嗅覺等）獲得外界的信息。在接收各種感知信息的過程中，來自不同感官的刺激組合也會對感知的過程產生影響。
例如原本低強度的視覺刺激在與一個漸強的聲音刺激同時出現時，組合刺激能夠提升人的感知敏感度，這種現象被稱為視聽整合。
3月15日，中科院深圳先進院腦認知與腦疾病研究所/深港腦科學創新研究院戴輯團隊，聯合中科院心理所蔣毅團隊，在《神經科學通報》雜志發表最新研究成果。
研究團隊揭示了獼猴杏仁核及其周邊腦區神經元對視覺和聽覺信息進行神經整合的特點，展示了不同腦區不同類別神經元的功能差異，強調了視覺信息在多感覺整合中的主導作用。
看見比聽見更重要
先前的研究表明，獼猴杏仁核神經元對單維度的視覺、聽覺、觸覺刺激均有響應，但其在多感官信息整合方面的作用尚不明晰。例如，杏仁核是否參與視聽感覺信息的整合？它的反應模式與鄰近區域，如海馬等是否存在差異？各個腦區如何整合不一致的信息？
為了解答上述問題，研究人員以實驗獼猴為對象，研究了其杏仁核及其周邊腦區神經元對單一模態的視覺、聽覺以及雙模態的視聽結合信息的反應特征。研究人員首先在核磁共振影像的引導下，將32通道的可調式電極陣列植入到獼猴杏仁核腦區附近。
在實驗過程中，研究人員給獼猴呈現八種不同的視聽刺激，分別是單一模態刺激：聽覺迫近 (AL), 聽覺遠離 (AR), 視覺迫近(VL), 視覺遠離(VR), 以及視覺聽覺兩個模態在迫近和遠離上的組合刺激：AL+VL、AL+VR、AR+VL、AR+VR。
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獼猴視聽整合實驗范式及典型神經元反應特征 科研團隊供圖
在獲得記錄到的神經元活動spike信號后，研究人員首先將刺激劃分為單一模態和雙模態刺激，繪制所有神經元跨時域的發放直方圖及柵點圖，發現神經元對單模和雙模刺激呈現多樣化的反應模式，表現在多樣化的潛伏期、振幅等方面。
為了進一步描述組合刺激與單一刺激的差異，研究人員將不同條件的反應分別相減，發現總體上雙模刺激會引發更強反應，并且視覺刺激在其中占據更主導的作用。
數據驅動 刻畫感知神經元
根據神經元對視覺、聽覺刺激反應模式的不同，研究人員進一步將神經元分為A-type, V-type, AV-type和None-type四類，分別對應只對聽覺反應、只對視覺反應、對視-聽覺反應，和不反應四種情況。研究人員還對不同神經元所在腦區進行溯源，給出不同腦區所含不同神經元類別的大致比例，并刻畫了不同神經元在反應時程上的特點。
為了進一步可視化地同時比較多個事件中數百個神經元的放電模式差異，研究人員引入了接收者工作特征曲線下的面積（AUC）這一指標，通過數據驅動的方式（層次聚類法）對所有神經元在時域和模態域采進行分類，發現了5類具備不同整合特點的神經元群體。隨后，研究人員還進一步界定出不同類別神經元在空間上的分布特點，并溯源了其所屬腦區。
此外，研究人員還比較了不同腦區在視聽整合中的差異，發現皮質杏仁核（pAmy）在視聽整合過程中具有突出地位。最后，研究人員比較了不同腦區神經元在視聽組合刺激中對視聽一致（同為迫近或遠離）和不一致（一為迫近另一為遠離）條件的反應差異，發現不同腦區的反應模式也不盡不同。
“我們從不同的角度探討了杏仁核及其鄰近區域在整合視聽感官輸入方面的功能，強調了視覺輸入在視聽整合中的主導地位，細致劃分了功能不同的神經元類別，也充分展示了機器學習這類數據驅動的分析方法在神經電生理數據分析中的優勢。”論文共同通訊作者戴輯表示。
該研究的發現把參與多感覺整合的腦區從皮層拓展到了杏仁核及其鄰近區域，從而為揭示靈長類大腦多感覺整合的神經機制提供了新的線索。