腦機啟偵 | 靈長類視覺大腦應對高速運動的“換擋”機制（03.23）

2026年3月，中國研究組在《Cell Reports》發表題為《De novo Fast Motion Computation in the Primate Visual Cortex》的最新研究論文。該研究揭示了靈長類背側視覺通路處理快慢運動速度的簡約機制，為理解運動速度在大腦中的計算原理提供了創新理論框架。

運動信息是在靈長類背側視覺通路中三個連續腦區，初級視覺皮層V1，中顳皮層MT，和內側上顳皮層MST中逐級處理的（圖A），其中V1運動檢測神經元的時空感受野最小，MT次之，而MST最大，與之對應，V1偏好編碼低速運動，MT偏好中速，而MST負責處理高速運動（圖B）。

靈長類背側視覺通路處理快慢運動速度的腦神經機制

（A）靈長類背側運動視覺通路

（B）運動檢測神經元時空感受野的大小與編碼運動速度的快慢正相關

運動速度由運動方向和運動速率定義。基于靈長類視覺系統等級化的組織結構，過往視覺科學家們提出了一個主流經典理論，高級腦區MT/MST通過繼承V1神經元的方向選擇性，從而編碼高速運動。

但是馬路上每小時20公里的機動車速度，就超過了V1甄別物體運動方向的能力，換句話說，每小時20公里幾乎是V1的速度處理極限。因此，視覺科學一個長期未解的核心矛盾是，既然V1神經元編碼速度的能力有限，那么高級腦區MT和MST又是如何完成中高速運動信息處理的呢？

為回答這一重大基礎問題，團隊記錄了清醒獼猴四個連續腦區，LGN、V1、MT和MST中的神經元對0到180公里/小時的運動速度的反應（圖C），并通過建立多腦區級聯時空能量整合計算模型（圖D），成功模擬了四個腦區實驗記錄到的神經元速度調制反應。研究發現，如同機動車切換速度的換擋，高級腦區MT和MST神經元編碼高速運動，是通過它們各自更大尺度的感受野時空整合機制獨立完成的，而非從V1繼承來的，這一創新發現直接推翻了主流的視覺特性繼承理論假說。

（C）靈長類背側運動視覺通路編碼快慢速度的換擋機制

（D）多腦區級聯時空能量整合計算模型框架

該研究同時也揭示，對于所有視覺動物的運動檢測神經元而言，視覺運動處理的本質都是對運動物體在視網膜或視皮層引起的拓撲空間位置隨時間變化的檢測與計算，驗證了自然界簡約法則——最簡單的解決方案往往是最合理的。這一原則可以追溯到公元前300年亞里士多德的名言：“自然以最簡約的方式運作”。

這項研究也為其他物種的視覺運動處理和類腦視覺計算研究提供了重要啟示和借鑒。

來源 | 腦科學與智能技術卓越創新中心

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