我們的大腦有專門處理不同感覺的區(qū)域，比如聽覺皮層負責“聽聲音”，視覺皮層負責“看東西”。但科學家早就發(fā)現(xiàn)一個奇怪的現(xiàn)象：當小鼠（甚至人）看到畫面時聽覺皮層也會被激活。這讓人困惑：難道聽覺皮層真的能“看見”？還是說這種反應其實是因為動物在看東西時動了臉、轉(zhuǎn)了頭，而這些動作騙了聽覺皮層？

基于此，2025年11月22日，加州大學Andrea Hasenstaub研究團隊在Cell Reports雜志發(fā)表了“Sensory origin of visually evoked activity in auditory cortex”揭示了視覺誘發(fā)活動在聽覺皮層中的感覺起源。

作者檢測了清醒小鼠在視覺和聽覺刺激以及自發(fā)活動期間其初級聽覺皮層（A1）和初級視覺皮層（V1）的神經(jīng)活動及其伴隨的面部運動。作者發(fā)現(xiàn)：視覺刺激很少誘發(fā)面部運動；即使在沒有面部運動的情況下A1對視覺輸入的反應依然穩(wěn)健；而通過光遺傳學抑制V1則會減弱A1對視覺刺激的反應。綜合來看，這些結果證實：聽覺系統(tǒng)中的跨模態(tài)反應主要源于感覺輸入本身，而非由動物行為狀態(tài)（如面部運動）所驅(qū)動。

圖一 視覺刺激比聽覺刺激更不容易引發(fā)面部運動

研究人員首先探究視覺刺激是否像聲音一樣容易引發(fā)小鼠的面部運動。他們在清醒小鼠中交替播放動態(tài)視覺噪聲影片和重復的聲音噪聲，每次間隔4–8秒，并用Facemap軟件量化面部動作，該軟件通過主成分分析捕捉面部運動的主要模式。

結果發(fā)現(xiàn)，視覺刺激很少引起面部反應，而聽覺刺激則頻繁觸發(fā)。具體來說，只有約16.5%的視覺試次出現(xiàn)明顯面部運動（定義為刺激后500毫秒內(nèi)運動幅度超過基線2個標準差），而聽覺試次這一比例高達58.0%。一旦發(fā)生，兩類刺激引發(fā)的面部運動幅度相似。

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作者還通過不同主成分、不同刺激類型和分析方法進行了多項驗證，結果一致：相比聲音，視覺刺激誘發(fā)面部運動的可能性顯著更低。

圖二 聽覺皮層的跨模態(tài)反應并非面部運動所致

盡管視覺刺激很少引發(fā)面部運動，但作者仍想探究：這些微弱的面部動作是否“偽裝”成了聽覺皮層對視覺的反應。為此，他們在記錄清醒小鼠初級聽覺皮層（A1）神經(jīng)活動的同時，同步監(jiān)測其面部運動。

結果發(fā)現(xiàn)，約8%的A1神經(jīng)元確實對視覺刺激有反應（多位于深層），但絕大多數(shù)（79%）的視覺反應與面部運動無關。雖然在整體數(shù)據(jù)中，有面部運動的試次放電略高，但這主要是由少數(shù)（21%）神經(jīng)元驅(qū)動的并非普遍現(xiàn)象。

作者通過多種方法反復驗證：更換面部運動指標、調(diào)整分析參數(shù)、限定神經(jīng)元類型或記錄位置，結果一致：聽覺皮層對視覺刺激的反應主要源于視覺本身，而非伴隨的面部動作。進一步建模也顯示，視覺刺激對神經(jīng)活動的解釋力遠強于面部運動。

圖三 聽覺皮層的視覺反應源于真實視覺輸入

為了最終確認聽覺皮層對視覺刺激的反應是真的“看到”了，而不是因為動物動了或狀態(tài)改變，研究人員用光遺傳技術“關掉”了小鼠的初級視覺皮層（V1），這是大腦處理視覺信息的第一站，幾乎所有視覺信號都要經(jīng)過這里。

在特定轉(zhuǎn)基因小鼠中，藍光照射能有效抑制V1中主要的興奮性神經(jīng)元從而阻斷視覺信息向外傳遞。結果發(fā)現(xiàn)：一旦V1被關閉，聽覺皮層對視覺刺激的反應就明顯減弱。而在沒有這種光敏蛋白的小鼠中，藍光則毫無影響，排除了光照本身或其他非特異性因素的干擾。

這說明：聽覺皮層中的視覺反應確實來自真實的視覺輸入，而不是面部動作或行為狀態(tài)造成的假象。

圖四 全文摘要圖

總結

這項研究的意義在于：首次明確證實聽覺皮層中由視覺刺激引發(fā)的神經(jīng)活動并非源于動物的運動或行為狀態(tài)（如面部動作），而是直接來自真實的視覺感覺輸入。通過結合面部運動追蹤、多變量分析和光遺傳學抑制V1，揭示了跨模態(tài)感覺整合的真正神經(jīng)基礎。這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了以往認為此類跨模態(tài)反應可能只是行為副產(chǎn)物的觀點，支持大腦皮層（包括傳統(tǒng)“單模態(tài)”區(qū)域如聽覺皮層）具有內(nèi)在的多感官處理能力。它不僅深化了我們對感覺系統(tǒng)交互機制的理解，也為研究自閉癥、精神分裂癥等涉及感覺整合異常的神經(jīng)精神疾病提供了新思路，并強調(diào)在神經(jīng)科學研究中需嚴格區(qū)分感覺驅(qū)動與行為相關信號。

文章來源

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2025.116364

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