大腦靠視覺和身體兩幅"地圖"來定位

美國加利福尼亞大學聖芭芭拉分校（UCSB）研究人員利用核磁共振成像（MRI）技術研究了18個人的大腦，繪製了400個不同的手臂動作到達目標時的MRI圖像。他們發現，大腦在計划動作時，有兩種明顯不同的定位類型：視覺地圖和身體地圖。研究發表在《神經》雜誌上。

Brain maps above are represented by color code. Visually-defined targets of reach are defined by a gaze-centered map. Reach directed toward unseen body locations, using the proprioceptive sense, uses a mental body map. The maps are located in a brain region called the precuneus, inside the parietal lobe. credit: UCSB Brain Imaging Center

比如芭蕾舞演員在雙人舞中抓住同伴的手或在黑夜裏撫摸受傷的小腿時，要想讓手臂到達正確的位置，其大腦要使用不同的“地圖”來定位。最新研究表明，抓住對方的手，要依靠空間視覺地圖，而撫摸小腿，則依靠頭腦中的身體地圖。

Pierre Michel Bernier (left) and Scott Grafton credit: George Foulsham, Office of Public Affairs, UCSB

之前的觀點認為，所有的定位運動，包括導向視覺目標的或導向自身的，都是用視覺地圖來計劃。論文第一作者皮埃爾-邁克爾·波尼 (Pierre Michel Bernier)說：“我們發現，如果目標是視覺的，後頂葉皮層就會被激活，用視覺地圖來編碼運動；而在黑暗中完成一個動作，目標是非視覺的，就會由同樣的大腦區域使用完全不同的身體地圖來計劃這一動作。”

在觀察大腦核磁共振圖像時，他們檢測了“血氧水準依賴信號”（Blood Oxygen Level Dependent Signal, BOLD），BOLD是一種能在毫米尺度觀察大腦活動的間接性方法。此外還用了一套稱為“複製壓力”的全新方法。這種方法的工作原理是，當一個腦區與兩個相似的連續動作有關時，它在第二次迴圈中會表現出更少活性。通過區分在重復相似的手臂定位活動中腦區發生響應的位置，研究小組能確定大腦用了身體地圖還是視覺地圖。

UCSB大腦圖像中心主管、心理學教授斯科特·格萊弗(Scott T. Grafton)頓解釋說，大腦力圖製作出這個世界的地圖。一個地圖通過視覺系統來提供，另一個是身體在空間的位置，這一地圖基於皮膚、肌肉和關節的本體感受來給身體各部位定位。這兩種地圖很不同。但新發現證明，無論視覺地圖和身體地圖是固定還是不固定，大腦都能在這些地圖之間靈活切換。正是這種靈活性，支援著我們與世界相互作用的能力，幫助我們在千變萬化中完成各種動作。

研究結果能在兩方面有重要應用：一是機器人技術，另一個就是在機械腦介面的領域。比如開發幫助截癱患者的機械，關鍵就是理解與運動相關的資訊如何在大腦中表現。

科技日報 2010/12/07   常麗君

相關連結：

• Brain Map Activation Study Reveals Action of Brain During Hand Motion (medgadget)
• UCSB Scientists Report Study of ‘Brain Maps' for How Humans Reach; Robotics and Machine-Brain Interface for Paraplegics May Benefit (UC Santa Barbara)
• Human Posterior Parietal Cortex Flexibly Determines Reference Frames for Reaching Based on Sensory Context (Neuron)