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基本信息：

Title:Mesoscale cortical mechanisms of perceptual conflict resolution in binocular rivalry

发表时间：2025.11.13

Journal:Nature Human Behaviour

影响因子：15.9

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研究动机与背景

双眼竞争（Binocular Rivalry）是研究大脑如何解决感官输入冲突并产生意识感知的理想模型，但其潜在的神经机制长期存在争议。以往的神经影像学研究主要集中在宏观脑区水平，未能深入到皮层柱（column）和层级（layer）这一“介观尺度”来解析冲突解决的微环路机制。学术界对于双眼竞争最初是起源于外侧膝状体（LGN）的层间抑制，还是初级视皮层（V1）眼优势柱（ODCs）之间的侧向抑制一直未有定论，且现有的单细胞记录与fMRI结果之间存在矛盾。此外，尽管已知额顶叶网络在其中发挥作用，但高阶脑区（如顶叶注意网络）如何调节早期视觉皮层的局部竞争，以及这种反馈信号的具体层级特征和时空动态，仍是未解之谜。在本文中，作者试图利用高分辨率7T fMRI技术，通过解析皮层柱和层级特异性活动，解决上述关于竞争位点及反馈机制的关键科学问题。

实验设计与方法逻辑

为了在介观尺度上分离前馈、反馈及局部抑制信号，作者利用7T fMRI的高信噪比和空间分辨率（0.8mm及1.2mm各向同性体素），在人类被试中精确测量了V1眼优势柱和LGN眼别层的活动。研究设计了“双眼竞争”（Rivalry）与“单眼回放”（Replay）两种条件进行严格对比，以分离纯粹的感官驱动信号与竞争相关的神经调节信号。作者采用了多种先进的数据分析策略：首先，通过皮层深度分析（Laminar Analysis），区分了主要接收前馈输入的中间层与主要涉及侧向连接/反馈的浅层和深层活动；其次，开发了模式同步化分析（Pattern Correlation），通过计算V1活动模式与眼优势图的相关性分布宽度，来量化跨空间的信号同步程度，以测试反馈信号的作用；最后，结合多体素模式分析（MVPA/SVM）解码IPS中的眼别信息，并利用动态因果模型（DCM）解析IPS与早期视皮层之间的有效连接变化，从而构建了一个包含皮层下、早期皮层及高阶皮层的完整层级机制模型。

Fig. 1 | Candidate neural mechanisms and experimental design for studying interocular competition in binocular rivalry

核心发现

发现1：V1眼优势柱的层级特异性竞争机制

研究发现在单眼回放（Replay）条件下，V1眼优势柱的眼别特异性反应在中间层最强，符合LGN前馈输入的特征；而在双眼竞争（Rivalry）条件下，眼别特异性调节信号显著偏向于浅层（superficial layers）。这表明双眼竞争主要源于V1浅层眼优势柱之间的侧向抑制，而非LGN的前馈输入中断

Fig. 2 | Eye-specific responses across cortical depth in V1 ODCs during binocular rivalry and replay

发现2：LGN中未发现眼别竞争信号

利用高分辨率fMRI成功定位了LGN中的眼别特异性层（ocular-biased clusters），但在双眼竞争期间，并未发现显著的眼别特异性调制信号，而在回放条件下则能检测到强烈的眼别反应。这否定了竞争主要发生在LGN层面的假设，支持了竞争起源于皮层的观点。

Fig. 5 | Eye-specific modulation in ocular-biased clusters of the LGN (

发现3：反馈信号促进局部竞争的同步化

通过分析V1眼优势柱活动模式的相关性分布宽度，发现在竞争状态下，V1浅层和深层的神经活动模式比中间层表现出更高的空间同步性。这暗示了来自高阶脑区的反馈信号作用于V1的浅层和深层，将局部的竞争整合成连贯的知觉。

Fig. 3 | Pattern synchronization across ODCs in different cortical depths

发现4：IPS提供眼别特异性反馈并引导竞争

在顶内沟（IPS）发现了显著的眼别特异性信号，且这种信号仅在双眼竞争期间显著，在回放期间不显著。动态因果模型（DCM）分析显示，在竞争期间，从IPS到V2以及V2到V1的反馈连接显著增强。此外，IPS的知觉转换相关活动在时间上早于V1和V2 。

Fig. 4 | Eye-specific modulations in the IPS and its relationship with the early visual cortex

省流总结

这篇发表于Nature Human Behaviour 的研究利用高分辨率7T fMRI技术，解决了双眼竞争神经机制的长期争论。作者发现在双眼竞争过程中，感知觉冲突并非在丘脑（LGN）解决，而是通过初级视皮层（V1）浅层眼优势柱之间的侧向抑制来解决。更重要的是，研究揭示了一个层级化机制：顶叶注意网络（IPS）虽然不直接接收眼别输入，但在竞争发生时会产生眼别特异性信号，并通过反馈调节V1的浅层和深层活动，将早期视皮层局部的、碎片化的竞争同步化，最终形成统一的意识感知。这项工作精细地描绘了大脑如何通过微观回路与宏观网络的交互来处理感官冲突。

AI锐评

这篇文章是高场fMRI在认知神经科学应用的一个典范，其最大的优点在于利用技术优势（7T、层流分析）巧妙地回答了由于空间分辨率限制而长期悬而未决的“竞争位点”问题（LGN vs V1），并将微观的皮层柱机制与宏观的脑区网络（IPS反馈）有机结合，构建了一个非常完整的解释框架。逻辑严密，控制实验（Replay）设计得当，特别是对LGN阴性结果的分析非常谨慎（排除了脉冲星和信噪比干扰）。不足之处在于，fMRI的BOLD信号作为血管动力学反应，始终是神经活动的间接指标，尽管作者通过层流分析和模型试图弥合，但关于LGN缺乏竞争信号的结论仍可能受到BOLD信号在皮层下核团灵敏度限制的挑战（尽管作者做了很多控制分析）。此外，关于IPS如何获得眼别信息（在没有意识知觉的情况下）的具体计算机制，仍需进一步的电生理研究来确证。