2020年12月1日，《eLife》期刊發表了北京師範大學認知神經科學與學習國家重點實驗室呂海東課題組的研究成果。這項研究揭示了一種新的視皮層功能模組：圓弧功能區（curvature domains）。

靈長類的大腦皮層由各種各樣的功能模組構成。例如，在初級視覺皮層，具有相同朝向偏好的細胞聚集在一起，形成朝向功能柱；在高階視覺皮層IT區，對面孔有偏好的細胞聚集在一起，形成面孔功能區。然而，中等複雜度的形狀是否也有相應的功能模組並不清楚。 在這項工作中，研究者們利用內源訊號光學成像和雙光子鈣訊號成像，在兩個不同的空間尺度對獼猴的視皮層進行了研究。他們在處理形狀資訊的重要腦區V4發現了一種新的，約0.5毫米直徑的功能模組，這些功能模組內的神經元對圓弧形狀的輪廓線反應很強，而對直線或折線反應很弱。這些功能模組被稱為“圓弧功能區”（curvature domains）。

圖一. 透過比較對兩種視覺刺激的反應，內源訊號光學成像揭示同一成像視窗內V4區的圓弧功能區，即C，D，E圖中分佈一致的黑色斑塊。F圖為用來作為對比的該成像視窗內的朝向功能區。

這種圓弧功能區和V4的朝向功能區大小類似，但很少重疊。和朝向功能區不同，圓弧功能區只在V4有，在比較低階的視覺腦區V1和V2則沒有。 在圓弧功能區內，不同神經元的反應還有一些差別。有些神經元對整個圓的反應強，而另一些則對弧線片段的反應強，很多還對弧線開口的朝向有選擇性。這些有不同偏好的神經元進一步形成更小的功能亞區。 此外，圓弧神經元並不是只對圓弧反應，它們對其他型別的刺激也有不同程度的較弱的反應，說明V4對圓弧和其他形狀的編碼是一種群體編碼方式。我們的結果和前人的研究都表明，V4神經元的形狀表徵和處理是複雜的。而圓弧功能區的發現表明一些細胞以一種簡單的共性聚集起來。這種有序性的功能意義還需要進一步的探索。

圖二. 雙光子鈣訊號光學成像揭示細胞群體對不同圖形刺激的反應（D，E），以及單細胞對不同視覺刺激的反應（F）。

圖三. 不同功能模組內細胞對多種視覺刺激的平均反應。

這是首次發現處理中等複雜度形狀資訊的功能模組。V4區圓弧功能區的存在說明圓弧在視覺資訊處理中的重要性，以及V4在此處理中的重要作用。 該論文的共同第一作者為博士後湯仁東和博士研究生宋倩玲，實驗室研究生李瑩、張睿、蔡幸雅也在實驗中做出了貢獻。該研究工作得到了國家自然科學基金和中國博士後科學基金的支援。 論文連結：Tang R*, Song Q*, Li Y, Zhang R, Cai X, Lu HD (2020) Curvature-processing domains in primate V4. eLife; 9:e57502 doi: 10.7554/eLife.57502. (* equal contribution)https://elifesciences.org/articles/57502 呂海東課題組網頁：http://brain.bnu.edu.cn/home/haidong/