高級視覺不止發生在皮層：人類丘腦枕也在處理自然場景中的人臉與身體

一鍵關注，點亮星標 ?? 前沿不走丟！

認知神經科學前沿文獻分享

基本信息

Title:Processing of natural scenes in the human pulvinar

發表時間：2025.12.16

發表期刊:Nature Communications

影響因子：15.7

獲取原文：

1. 添加小助手:PSY-Brain-Frontier即可獲取PDF版本

引言

我們平時談到“看懂”一個世界，往往會先想到大腦皮層，尤其是腹側視覺皮層（ventral visual cortex）。從邊緣、紋理到物體、面孔，這條通路被認為是高級視覺識別的主力系統。

但這套經典敘事有一個明顯空白：位于丘腦的丘腦枕（pulvinar）究竟在其中扮演什么角色？過去不少研究已經提示，丘腦枕并不只是被動的中繼站，它與視覺皮層存在廣泛而雙向的連接，也參與注意、感覺篩選和視覺行為調節。問題在于，既往工作多使用相對簡單的刺激，比如閃爍圖形、方向或對比度，因而很難判斷丘腦枕是否真正參與了更接近日常經驗的高級視覺加工。

這篇研究想回答的，正是這個長期懸而未決的問題：當人腦面對復雜自然場景時，丘腦枕是否會像皮層一樣，對“看到了什么”形成有組織的表征？

作者進一步關心兩件事：其一，丘腦枕內部是否存在處理低級特征與高級類別的功能分區；其二，這些表征是否仍然保留空間編碼，也就是和視野位置有關。

為此，研究團隊借助自然場景數據集（NSD）的7T fMRI數據，用上萬張自然圖片去逼近真實視覺經驗，再結合編碼模型和相關分析，去重新描繪這個經常被低估的皮層下結構。

實驗設計與方法邏輯

作者基于8名受試者在自然場景數據集（Natural Scenes Dataset, NSD）中的高分辨率7T fMRI數據，提取自然圖片中的局部對比度、顯著性、前景、面孔、身體等多層級特征，并結合群體感受野（population receptive field, pRF）模型，評估丘腦枕不同體素對“看哪里”和“看什么”的聯合編碼；隨后再用無模型的試次相關分析，檢驗這些丘腦枕區域是否與視覺皮層中功能相近的區域同步活動，從而把表征特征、空間組織和皮層耦合關系串聯起來。

Fig. 1 | Identifying stimulus features encoded in voxel responses using population receptive field (pRF) models.

核心發現

丘腦枕內部存在清晰的“低級—高級”功能分工

最先值得關注的是 Figure 2。作者發現，丘腦枕并不是對所有視覺信息一視同仁：更偏外側、下方的區域主要響應局部對比度和顯著性這類低級視覺特征，而更偏內側、后方的區域則更容易被身體和面孔驅動。這個結果的重要性在于，它把“丘腦枕也參與視覺”進一步推進到“丘腦枕內部存在可分辨的功能亞區”，而且這種分區在不同被試之間相當一致，說明這并非偶然噪聲，而是有穩定組織原則的神經表征。

Fig. 2 | Distinct regions of the pulvinar responsive to low- and high-level visual features.

高級類別表征并沒有脫離空間位置

而是保留了視野拓撲

Figure 3 是全篇很關鍵的一張圖。過去人們較容易接受低級視覺特征具有視網膜拓撲組織，但這項研究顯示，連對身體和面孔更敏感的丘腦枕區域，也保留了對側視野的空間編碼。換句話說，丘腦枕不僅在區分“看到的是什么”，也在編碼“它出現在哪里”。這使高級視覺類別加工不再像一個完全抽象、脫離空間的位置標簽，而是仍然錨定在感官輸入的空間框架中，這一點直接擴展了我們對皮層下高級視覺組織方式的理解。

Fig. 3 | Spatial coding of low- and high-level visual features in the pulvinar.

丘腦枕與皮層不是泛泛同步

而是與功能匹配的區域選擇性共激活

Figure 4 和 Figure 5 進一步把丘腦枕放回到整個視覺網絡中去看。作者發現，對比度峰值區域與早期視覺皮層有更強相關，而身體峰值區域則更集中地與體部選擇區（EBA； FBA）和面孔選擇區（FFA）共激活。尤其在“不同試次、相同圖片”的分析里，這種對應關系變得更具體，說明這里抓到的不是簡單的喚醒水平或注意波動，而是由具體視覺刺激驅動的功能耦合。讀者需要抓住的重點是：丘腦枕與皮層之間存在內容特異性的協同，而不是松散的整體聯動。

Fig. 4 | Contrast- and body-selective pulvinar subregions are co-active with distinct cortical regions.

Fig. 5 | Different-trials analysis reveals highly specific pulvino-cortical correspondences.

整個丘腦枕的相關格局

重現了視覺皮層從早到高的層級推進

如果說前面的結果展示了若干局部對應，那么 Figure 6 則把這種關系提升到整體層面。作者用不同皮層視覺區去反推丘腦枕中的相關圖譜，結果看到一種沿丘腦枕展開的連續梯度：越靠近早期視覺區，如初級視覺皮層（V1），相關峰越偏向外側和下方；越接近更高層級的類別選擇區，相關峰就越向內側和后方移動。這一結果很有分量，因為它說明丘腦枕并非游離于經典視覺層級之外的旁路，而更像是嵌入視覺層級內部、參與多級信息整合的關鍵節點。

Fig. 6 | Progression along ventral cortical hierarchy recapitulated in the pulvinar.

歸納總結和點評

這篇研究最重要的貢獻，在于把丘腦枕從“視覺相關但邊緣”的位置，真正推入了高級視覺研究的核心討論。作者不僅證明它會響應自然場景中的面孔和身體，還進一步顯示這種響應具有明確的解剖分區、視野組織和皮層對應關系。更難得的是，研究沒有停留在“有激活”這一層面，而是把表征內容、空間編碼和網絡耦合三者接起來講清楚。對于長期偏皮層中心的視覺理論來說，這是一篇很有推動力的工作，也提醒我們：高級視覺的實現，可能從來都不是皮層單獨完成的。

請打分

這篇剛剛登上Nature Communications的研究，是否實至名歸？我們邀請您作為“云審稿人”，一同品鑒。精讀全文后，歡迎在匿名投票中打分，并在評論區分享您的深度見解。

分享人：BQ

審核：PsyBrain 腦心前沿編輯部

你好，這里是「PsyBrain 腦心前沿」

專注追蹤全球認知神經科學的最尖端突破

視野直擊 Nature, Science, Cell 正刊 及 Nat Neurosci, Nat Hum Behav, Neuron, Sci Adv 等核心子刊與頂級大刊

每日速遞「深度解讀」與「前沿快訊」，為你打破信息差

科研是一場探索未知的長跑，但你無需獨行。歡迎志同道合的你加入PsyBrain 學術社群，和一群懂你的同行，共同丈量腦與心智的無垠前沿。

點擊卡片進群，歡迎你的到來

一鍵分享，讓更多人了解前沿