Sci Adv | 视觉边界为何会消失？最新研究揭示意识转换的视运动分级机制

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基本信息

Title:Hierarchical brain dynamics supporting visual perceptual transitions

发表时间:2026-05-08

发表期刊:Science Advances

影响因子:12.5

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研究背景

你是否有过这样的经历：盯着一张中心有色块的图片久了，色块的边界会逐渐模糊，最终整个画面似乎融为一体？这种现象在心理学上被称为“视觉填充”（Perceptual Filling-in）。它不仅是一个有趣的视觉错觉，更是认知神经科学研究意识转换的绝佳窗口——它能让我们观察大脑如何从“真实感知”转向“虚假意识”。

长期以来，关于意识产生的机制存在激烈争论：主观体验究竟仅仅源于感觉皮层的活动，还是依赖于高阶脑区的推断？在视觉填充中，一种主流假说认为这是视觉皮层内部信号的横向扩散（Isomorphic filling-in），即大脑在物理信号缺失时自动“补全”了画面。然而，这一过程是否涉及更高层级的监控？微眼动（Microsaccades）又是如何通过重置神经活动来推迟这种错觉发生的？这些问题此前一直缺乏全脑尺度的动态证据。

研究核心总结

本研究结合全脑磁共振脑磁图（MEG）成像、高分辨率眼动追踪以及快速不可见频率标记（RIFT）技术，深入探讨了视觉填充背后的层级化神经机制。

一、视觉填充并非源于视觉皮层的信号横向扩散

研究者利用 RIFT 技术，分别以 64 Hz 和 56 Hz 的不可见闪烁标记刺激的中心和边缘。如果填充现象是由于信号在视觉皮层内横向扩散引起的，那么边缘区域应该会产生对中心频率的响应，或者出现两种频率交互产生的互调信号（Intermodulation）。然而，实验结果否定了这一假说：在填充发生前，中心和边缘的 RIFT 响应是独立增强的，且未发现互调信号的增加。这表明，视觉填充并非简单的物理信号“溢出”，而是涉及更复杂的表征转换。

Fig 1. Task design and behavior. (A) Schematic illustration of the three task condi-tions. Left: Perceptual filling-­in trials. After prolonged fix...

Fig 2. RIFT 响应显示，在填充报告前，视觉皮层对中心和边缘频率的相位锁定值（PLV）均显著增加，而非出现频率间的相互渗透。

通过对神经电生理信号的非周期性成分（Aperiodic component）分析，研究者发现，在填充发生前约 2 秒，视觉皮层的非周期性指数（Exponent）和偏移量（Offset）显著下降。在神经生理学中，这通常对应于抑制性神经活动相对于兴奋性活动的减弱。同时，枕叶的 alpha 频段功率也随之下降。这意味着，长时间的注视导致了视觉系统内部“兴奋-抑制平衡”的失调，使得边界表征变得不稳定，为错觉的产生创造了前提。

Fig 3. 视觉皮层的光谱标记显示，填充前非周期性参数和 alpha 功率同步下降，反映了皮层抑制水平的降低。

令人意外的是，研究发现运动皮层在填充过程中扮演了关键角色。在填充报告前，左侧运动皮层的高频 alpha（10-15 Hz）和 beta 频段功率显著下降。这种活动模式与视觉皮层不同，它更像是在监控感觉证据的可靠性。当视觉皮层的边界信号因适配而减弱到一定阈值以下时，运动皮层参与的决策网络会做出“边界已消失”的推断，从而完成从真实感知到错觉意识的转换。

Fig 4. 运动皮层的时频分析显示，在填充报告前 1 秒，alpha 和 beta 频段出现了明显的功率抑制，且这种抑制早于实际的按键准备。

研究进一步证实，微眼动是视觉填充的“天然克星”。当微眼动发生时，它会显著提升视觉皮层的非周期性指数（增加抑制）并拉高运动皮层的 alpha 功率。这种作用恰好逆转了填充发生前的神经变化。通过这种方式，微眼动“刷新”了视觉输入，重置了大脑的层级推断过程，从而维持了感知的准确性。

Fig 5. 微眼动发生后，视觉皮层的抑制性指标和运动皮层的 alpha 功率均出现反弹，解释了为何眼动能阻止错觉发生。

研究意义

这项研究挑战了关于视觉填充的传统“同构”观点，提出了一套层级化的视-运动框架。

首先，它证明了主观意识的转换不仅仅是感觉皮层的局部现象，而是涉及从底层感觉适配到高阶感知决策的全局协作。运动皮层在此不仅负责“报告”结果，更可能作为监控网络的一部分，参与了感知内容的构建。

其次，研究引入的非周期性信号分析为评估皮层兴奋-抑制平衡提供了重要工具，这对于理解临床上常见的感知障碍（如精神分裂症或自闭症中的感知异常）具有潜在的启发意义。

最后，研究明确了微眼动在维持感知稳定性中的神经生理作用，为我们理解“为何世界在眼动中保持稳定”提供了新的微观证据。这一发现强调了，我们所看到的视觉世界，实际上是大脑在不断波动的神经动力学中，通过跨层级的推断与重置所维持的一场动态平衡。

分享人：饭鸽儿

审核：PsyBrain 脑心前沿编辑部

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