联合皮层和初级感觉皮层在交叉模式感知和记忆中的相互影响

交叉模式感知和记忆是认知神经科学的热点，长期以来，大脑中的跨模式区域（主要是一些联合皮层）被认为是这一认知活动的神经基础，然而近十多年的研究发现，感觉特异性脑区（甚至初级感觉皮层）也参与到这一过程中，但具体的作用机制还不清楚。本课题将通过脑电（EEG）与功能磁共振成像（fMRI）同步记录，并结合经颅磁刺激（TMS）研究联合皮层和初级感觉皮层在交叉模式感知和记忆过程中的相互影响。在这一核心问题的框架下，本研究从三方面进行：首先利用EEG-fMRI同步记录研究交叉模式感知和记忆的参与脑区和网络，可以预期的是包括初级感觉皮层和联合皮层（后顶叶和背外侧前额叶）；然后利用TMS分别刺激这几个区域，通过行为学改变和脑活动的变化证明它们直接参与交叉模式感知和记忆，并观察刺激其中一个脑区而导致其他脑区的活动变化；最后我们将前面的数据融合处理，建立不同脑区之间相互作用的神经网络模型和数学模型。

交叉模式感知和记忆的神经机制对于基础研究和临床应用都有重要的作用。长期以来，大脑中的一些联合皮层被认为是整合跨模式信息的神经基础，然而近些年的研究发现，初级感觉皮层也参与到这一信息加工过程中，但具体的机制还不清楚。本课题结合经颅磁刺激（TMS）这样一种对大脑进行磁场刺激从而改变神经元活性的方法和人类被试的行为学研究来揭示联合皮层和初级感觉皮层在交叉模式感知和记忆过程中的相互影响，并利用脑电（EEG）与功能磁共振成像（fMRI）同步记录来揭示交叉模式感知和记忆的神经网络。被试需要进行传统的延时匹配（delayed-matching-to-sample）任务，记住第一个刺激的属性并等待一段时间后判断第二个刺激是否与之相匹配，两种刺激同属触觉刺激时为单一模式匹配任务，两种刺激分别属于触觉和视觉刺激时为交叉模式匹配任务。我们的行为学研究首先确定交叉模式匹配任务和单一模式匹配任务在刺激配对数为四的时候被试行为学特征（准确率和反应时）没有显著性差异。结合经颅磁刺激干扰触觉刺激对侧的初级体感皮层（right SI）、同侧的初级体感皮层（left SI）和对侧的后顶叶皮层（right PPC），刺激的时间点分别在刺激开始之后300ms、600ms和900ms，同时观察被试进行两种任务时的行为学表现。我们发现，在作为对照的刺激位置——左侧SI上的刺激并不会影响行为学的改变；在单一模式任务中，对右侧（触觉刺激对侧）PPC在晚一些的时间段（第一个刺激开始后600ms和900ms）的TMS刺激会影响被试完成任务的正确率，说明PPC在感觉信息的转换和保持过程中起到重要的作用。而对右侧（触觉刺激对侧）SI在第一个刺激开始后300ms的时候进行TMS刺激会影响被试完成任务的正确率，说明初级体感皮层在交叉模式感觉信息联系的早期整合中起到重要的作用。这一发现与我们之前的事件相关电位（ERP）和独立成分分析（ICA）的研究结果相互印证，也支持了早期的灵长类电生理研究，即初级感觉皮层在多模式感觉信息处理中扮演重要的角色，并且这种多模式感觉信息是先在初级感觉皮层进行整合，之后再到感觉联合皮层。