人后顶叶与运动皮层中动作的层级性与上下文依赖性编码
Hierarchical and context-dependent encoding of actions in human posterior parietal and motor cortex.
在两名植入Utah阵列的四肢瘫痪参与者中,研究者发现上顶小叶(SPL)存在上下文依赖的门控机制,而运动皮层(MC)始终维持意图主导编码。MC强烈编码意图、观察时仅在群体水平有弱反应;SPL在单单元与群体水平均支持意图与观察动作的共享表征,且仅在观察动作具有行为相关性时对其进行编码。该结果揭示MC与SPL在动作理解中呈层级组织,SPL灵活连接观察动作与内部目标。
理解他人动作,需要把视觉输入映射到运动目标的内部模型。猕猴前运动区F5的“镜像神经元”既在自己执行抓握等动作时放电,也在观察他人做类似动作时放电,因而被认为通过运动共振为动作理解提供基础 [2,3]。但这一理论长期受到质疑:猕猴数据并未直接检验镜像神经元与动作理解的关系,来自人类的证据甚至构成较强的反证 [1];人类的单神经元记录虽然在内侧额叶和颞叶发现了对执行和观察都有反应的细胞 [4],但运动皮层与顶叶的人类单细胞证据依然稀缺。同时,猕猴研究提示镜像反应并非机械复制:前运动区镜像神经元会按观察动作所处的空间位置及可交互性被调制 [5],顶叶AIP神经元则对观察物体、自身动作和他人动作呈混合选择性 [8];人类后顶叶的“镜像样”反应在任务复杂化时较为脆弱,群体活动更适合用广义内部模型来刻画 [7]。至于运动皮层,已知它在想象运动时能保持与执行相似的群体动力学 [6],可它在观察他人动作时扮演什么角色仍不清楚。
这项研究在两名植入Utah阵列的四肢瘫痪受试者的运动皮层(MC)和上顶叶(SPL)记录神经活动,让他们意图执行或观察手部动作。结果呈现出清晰的分工:MC强烈编码动作意图,观察时反应微弱,且主要体现在群体水平;SPL则在单神经元和群体两个水平上都对意图动作与观察动作形成共享表征。当指令动作与不一致的观察动作同时出现时,SPL只在观察动作具有行为相关性时才编码它,而MC始终以意图为主导。
这些结果推进了对镜像机制的认识。与猕猴F5在单细胞水平的执行-观察重叠 [2,3] 不同,人类MC在观察时几乎没有单细胞层面的“镜像”信号,共享表征主要位于顶叶SPL,这也把以往集中于内侧额叶和颞叶的人类单神经元证据 [4] 拓展到了新的皮层区域。SPL的情境依赖性门控与猕猴中镜像反应随空间和行为关联而变化的现象相呼应 [5,8],也支持后顶叶以灵活内部模型参与理解他人的观点 [7]。作者据此提出一个层级组织:MC维持意图特异的编码,SPL则灵活地把观察到的动作与内部目标联结起来。
当然,这些结论来自两名四肢瘫痪受试者;SPL门控机制的细节,以及发现在更广泛人群和任务中的普适性,仍留待后续研究回答。
- 1.Eight problems for the mirror neuron theory of action understanding in monkeys and humans · J Cogn Neurosci 2009
- 2.Premotor cortex and the recognition of motor actions · Brain Res Cogn Brain Res 1996
- 3.Action recognition in the premotor cortex · Brain 1996
- 4.Single-neuron responses in humans during execution and observation of actions · Curr Biol 2010
- 5.Mirror neurons differentially encode the peripersonal and extrapersonal space of monkeys · Science 2009
- 6.Motor cortex retains and reorients neural dynamics during motor imagery · Nat Hum Behav 2024
- 7.Population encoding of observed and actual somatosensations in the human posterior parietal cortex · Proc Natl Acad Sci U S A 2025
- 8.Mixed selectivity in monkey anterior intraparietal area during visual and motor processes · Prog Neurobiol 2024
来源:顶刊论文(社媒热度) · doi.org