陈晓冬课题组在《PNAS》发文：揭示大脑空间编码的新机制

十八世纪法国的著名思想家伏尔泰有一句人尽皆知的著名格言——生命在于运动。如果你是一个爱运动的人，你可能会经常跑步，骑自行车，踢足球，打篮球。很多平时习以为常的简单动作，背后却有着复杂的神经生物学机制和原理。例如当我们在看足球比赛时，当一名守门员在防守的时候，如果对方球员带球攻门，这时候守门员就需要集中精神观察对方球员的动作，包括对方是怎么跑动的，奔跑速度大概是多少。通过他的观察，这名经验丰富守门员成功的接到了这颗球。这似乎是很自然的一件事情，但是这名守门员到底是怎样完成这一系列的动作的？在完成这一系列动作的时候，大脑究竟是怎么运作的？人类到底是如何实现自我的运动感知和运动控制的？所以如果把整件事作为一个问题来研究的话，其实是很复杂的，而这背后的神经科学机制还鲜为人知。 

2018年3月19日，浙江大学求是高等研究院系统神经与认知科学研究所的陈晓冬教授课题组在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上在线发表了一篇关于研究后顶叶皮层的前庭信号编码机制的文章。 

大脑是人体运动的控制中枢，大脑神经元接收到来自视觉、听觉、躯体和前庭感觉系统的输入信号，并整合这些信息实现空间定位的，定位信息又进一步的转化为对肢体的控制信号。在对感觉信号的输入编码过程中，后顶叶皮层(Posterior Parietal Cortex, PPC)起非常重要的作用，它接受多个感觉系统的输入信号，特别是顶内沟腹侧区域(Ventral Intraparietal Area，VIP)，能同时接收四个系统的信号输入。这些感觉信号在PPC被整合起来，共同编码一个抽象的自我空间。 

当前研究我们关注前庭信号在VIP脑区的编码机制。实验以清醒猕猴为研究对象，采用电生理记录方法，记录VIP神经元反应，并分析刺激调谐曲线特性。首先，在2013的研究[1]中，我们通过系统地操纵头部相对于身体和眼睛位置相对头部的位置，发现前庭感觉信号在VIP脑区的编码坐标系是以身体为中心的。也即，尽管眼睛和头的位置发生了改变，猴子可能认为自己运动的参考坐标系没有变化。但是，所有实验条件下，以身体为中心(Egocentric)参照系和以环境为中心(Allocentric)参照系均保持一致，没有考虑这两个重要的参照系出现彼此分离的情况。且到目前为止，也没有其他研究对这一问题做出回答。因此，我们在当前这项研究中通过实验设计分离以身体为中心和以环境为中心两种参照系，进一步系统的探讨前庭信号在VIP区的编码特性。

    实验中，以猴子眼-头-身体方向一致且正对刺激显示器方向为“正前方”，我们操纵身体相对于环境的方向，当猴子的身体旋转一定的角度后，猴子注意到身体和环境坐标系不再一致，此时编码坐标系取决于猴子眼睛注视的方向：注视方向与身体坐标系一致的时候，猴子可能重新校正了自己的“正前方”，编码坐标系仍然是以身体为中心的；当注视方向和环境坐标系一致的时候，猴子注意到自己的运动方向和注视方向不一致，编码坐标系不再是以身体为中心，而是从以身体为中心向以环境为中心发生了偏移。这一结果表明，VIP区对前庭信号的编码是动态的，并可根据任务要求进行调整。

图1 VIP脑区对前庭信号的编码特性